万有引力教案.docVIP

高一物理必修2第三章第二节《万有引力定律》教案 广元实验 张光强 教学目标： 一、知识与技能 1．了解牛顿发现万有引力定律的思路与过程； 2．理解万有引力定律的内容、数学表达式及适用的范围； 3．知道卡文迪许测量万有引力常量实验的设计思想； 4．认识发现万有引力定律的意义，领略天体运行规律的简洁与和谐． 5．会在简单情景中计算物体间的引力． 二、过程与方法 1．体会发现万有引力定律的过程和思维方法； 2．体会科学归纳与演绎推理的方法； 3．体会扭秤实验的设计思想． 三、情感态度与价值观 1．感受科学家探索科学问题的艰辛和喜悦； 2．培养探究问题的科学态度、探究创造的心理品质，感受科学探究永无止境 教学重点难点： 重点：1．万有引力定律的发现过程； 2．万有引力定律的物理意义以及公式的适用条件； 3．万有引力常量测定中蕴藏的思想方法． 难点：万有引力定律的发现过程。 教学资源：多媒体电教设备，动画、图片及 PPT 演示文稿 新课教学： 教学环节 教师活动 学生活动 设计说明 引入新课 ? 提出问题 ? ? ? ? 科学家的观点介绍 ? ? ? ? 学生参与猜想 ? ? 引导学生阅读教材第 47 页，由向心力公式和开普勒第三定律推导出： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 牛顿的猜想 ? ? ? ? ? ? ? 讨论与思考 ? 课堂讨论 学生分析 引导学生阅读教材第 48 页“物理在线〞 牛顿的月地检验的内容 ? 课堂思考 ? 介绍牛顿的工作 牛顿的功绩 ? 万有引力定律 ? ? ? 播放动画： 创设问题情境， 太阳系中的行星绕太阳公转． 1．假设把行星绕太阳的运动简化为匀速圆周运动，此时需要的向心力由什么力提供？ 2．太阳与行星间的引力遵循怎样的规律？ 自开普勒提出行星运动三定律后，很多科学家都试图去弄清楚行星运动的力学本质． 例如： 1．开普勒：太阳磁力的吸引； 2．伽利略：“惯性〞自行的维持； 3．笛卡尔：太阳的漩涡带动行星和卫星一起运动； 4．胡克和哈雷等 ：太阳引力的缘故，并且力的大小与到太阳距离的平方成反比． 但这些观点，没有可靠的依据． 假设你是那个时代的科学家，你能用现在所学的知识研究 太阳与行星间的引力所遵循的规律吗？ ? 一、假设把行星绕太阳的运动简化为匀速圆周运动，太阳与行星间的引力规律的推导． ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 对此问题，英国科学家牛顿做了深入的思考与分析，下面就让我们一起来经历一下这个思考过程． 二、牛顿的猜想 〔一〕猜想一——关于苹果和月亮受力关系的猜想： 苹果与月亮受到的力可能是同一种力。 1．树上脱落的苹果为什么会落地而不飞向天空？ 2．如果苹果树长得像山一样高，结果如何？ 3．如果苹果树长到月亮轨道的高处，结果又如何？ 4．那么天上的月亮为什么掉不下来？ 5．如果月亮停止转动，月亮也会掉下来吗？ 6．如果苹果具有抛射速度，是否会像月亮一样落不下来呢？ 牛顿的抛体设想： 将物体抛出，速度越大，抛射越远，当速度大到一定值，物体将绕地飞行，永不触及地球． 〔二〕猜想二——关于苹果和月亮受力规律的猜想： 既然月亮绕地球运行的方式与行星绕太阳的运行方式相似，那么地球对月亮的引力和太阳对行星的引力就有可能是同一种力，如果这种猜想成立，再结合上一猜想，那么苹果受到的力与月亮受到的力应遵从“平方反比〞的关系． 如何来检验进一步的猜想呢？ 下面列出的是当时可以测量的物理量，根据这些量，请你分析怎样可以检验地球对月亮的引力与距离的平方成反比的关系？ 〔三〕猜想三——大胆合理外推 既然苹果与地球、月亮与地球以及行星与太阳之间的力都是同一种的力，那么你有何想法？ ? 牛顿利用他创造的微积分解决了式中 r 的含义， r 是指两星体球心间的距离．他运用相当复杂的几何方法根据开普勒第二定律，证明了这个规律在行星进行椭圆轨道运行时仍然成立． ? 牛顿在 17 世纪 60 年代到 17 世纪 80 年代的 20 年中，把引力思想不断扩展最终扩展到宇宙万物中：任意两个物体之间都存在吸引力． 牛顿的理论著作：1687 年发表《自然哲学的数学原理》，对猜想进行严格地理论证明． 三、万有引力定律 〔一〕内容 任何两个物体之间都存在相互作用的引力，这个力的大小与这两个物体的质量的乘积成正比，与两物体之间的距离的二次方成反比． 〔二〕表达式： 式中： G 为万有引力常量， r 为两物体中心的距离．相距很远的物体可以看成质点，对球形物体而言， r 为球心距离