陜西省安康市石泉縣高中物理 第5章 萬有引力與航天 5.2 萬有引力定律是怎樣發(fā)現的教案 滬科版必修2.doc

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5.2 萬有引力定律是怎樣發(fā)現的 課標要求 通過有關事實了解萬有引力定律的發(fā)現過程。知道萬有引力定律。認識發(fā)現萬有引力定律的重要意義。 三維目標 一、知識與技能 1、了解萬有引力定律得出的思路和過程，知道重物下落和天體運動的統(tǒng)一性。 2、理解萬有引力定律的含義并會用萬有引力定律公式解決簡單的引力計算問題。 3、知道萬有引力定律公式的適用范圍。 二、過程與方法 1、在萬有引力定律建立過程的學習中，學習發(fā)現問題、提出問題、猜想假設與推理論證等方法。 2、培養(yǎng)學生研究問題時，抓住主要矛盾，簡化問題，建立理想模型的處理問題的能力。 三、情感態(tài)度與價值觀 1、通過牛頓在前人的基礎上發(fā)現萬有引力定律的思考過程，說明科學研究的長期性，連續(xù)性及艱巨性，提高學生科學價值觀。 2、經過萬有引力常量測定的學習，讓學生體會科學的方法論和物理常量數量級的重要性。 教材分析 萬有引力定律的發(fā)現過程猶如一部壯麗的科學史詩，它歌頌了前輩科學家的科學精神，也展現了科學發(fā)展過程中科學家們富有創(chuàng)造性而又嚴謹的科學思維，是發(fā)展學生思維能力難得的好材料，本節(jié)課內容充分利用這些材料發(fā)展學生的科學思維能力。教科書在尊重歷史事實的前提下，通過一些邏輯思維的鋪墊，讓學生以自己現有的知識基礎身于歷史的背景下，經歷一次“發(fā)現”萬有引力的過程。 學情分析 從知識結構來看，在學習萬有引力定律前，學生已經對力、重力、向心力、加速度、重力加速度（即自由落體運動的加速度）、向心加速度等概念有了較好的理解，并且掌握自由落體運動和圓周運動等運動規(guī)律，能熟練運動牛頓運動定律解決動力學問題。已經完全具備深入探究和學習萬有引力定律的起點能力。 　　高一學生其思維方式容易停滯在知識接受層面，而忽視概念間、規(guī)律間的相互聯(lián)系，且很多學生不能建立明確的動態(tài)的物理圖像或物理情景，進而無法通過同化和順應，完成知識的建構過程。因此，在教學過程中要注重從學生實際入手，依據學生認知規(guī)律，注重創(chuàng)設物理情景，創(chuàng)造和諧、民主、自由課堂氣氛，進行探究教學。 教學重難點 【教學重點】 萬有引力定律的內容及表達公式。 【教學難點】 1、對萬有引力定律的理解。 2、使學生能把地面上的物體所受重力與其他星球與地球之間存在的引力是同性質的力聯(lián)系起來。 提煉的課題 理解萬有引力定律的含義并會用萬有引力定律公式解決簡單的引力計算問題。 教學手段運用 教學資源選擇 Ppt 教 學 過 程 環(huán)節(jié) 學生要解決的問題或任務 教師教與學生學 教師個性化修改 知識回顧 開普勒行星運動定律的內容是什么？ 問題引入 行星為什么這樣運動? 一、發(fā)現萬有引力的過程 1.關于行星運動原因的猜想 英國的吉爾伯特:行星是依靠太陽發(fā)出的磁力維持著繞日運動 開普勒：意識到太陽有一種力支配著行星的運動 法國笛卡兒：認為空間充滿著一種看不見的流質，形成許多大小、速度、密度不同的漩渦從而帶動著行星轉動 法國布里奧：首先提出平方反比假設。認為每個行星受太陽發(fā)出的力支配，力的大小跟行星與太陽的距離的平方成反比。 17世紀中葉后：引力思想已逐漸被人們所接受，甚至有了引力與距離的平方成正比的猜想。其中英國物理學家胡克、雷恩、哈雷都對此做出了貢獻。 2.站在巨人肩上的牛頓 觀看介紹牛頓的視頻 牛頓之前或與牛頓同時代的科學家為什么不能把引力問題徹底解決呢？ 因為他們無法逾越前進道路上的三大困難！ 困難之一 ： 行星沿橢圓軌道運動，速度的大小方向均不斷變化。當時解決這種曲線運動問題，還缺少相應的數學工具。 困難之二： 天體是一個龐然大物，如果認為行星受到太陽的引力，如何計算這種引力的總效果，當時還缺乏理論上的工具。 困難之三： 如果天體之間是相互吸引的，那么在眾多天體共存的太陽系中，如何解決天體間相互吸引相互干擾這一復雜的問題呢？ 牛頓研究引力問題三大法寶 1、他利用他創(chuàng)立的微積分方法，越過了變速運動的障礙。牛頓在前人的基礎上，憑借他超凡的數學能力證明了：如果太陽和行星間的引力與距離的二次方成反比，則行星的軌道應是橢圓。 2、他利用模型方法提出了質點概念，并通過微積分計算論證，把天體的質量集中于球心，方便的計算出天體間的引力的總效果。 3、他大膽地撇開其他天體的作用不計，只考慮太陽對行星的引力作用。合理的簡化使他直達問題的本質。 三、萬有引力定律 1.定律表述：自然界中任何兩個物體都是相互吸引的，引力的大小跟這兩個物體的質量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比. 即， 2.【說明】 （1）.m1和m2表示兩個物體的質量，r表示它們的距離。 （2）.G為引力常量，G=6.6710－11 Nm2/kg2 （3）.G的物理意義——兩質量各為1kg的物體相距1m時萬有引力的大小. 3.萬有引力公式的適用范圍： （1）萬有引力存在于一切物體之間，但上述公式只能計算兩質點間的引力； 即兩物體的形狀和大小對它們之間的距離而言,影響很小,可以忽略不計. （2）兩質量分布均勻的球體之間的引力，也可用上述公式計算，且r為兩球心間距離； 4.萬有引力定律理解 ⑴普遍性：任何兩個物體之間都存在引力（大到天體小到微觀粒子），它是自然界的物體間的基本相互作用之一。 ⑵相互性：兩個物體之間相互作用的引力是一對作用力與反作用力，符合牛頓第三定律。 (3)宏觀性：通常情況下萬有引力非常小，只有在質量巨大的天體間或天體與物體間它的存在才有宏觀的物理意義。在微觀世界中，粒子的質量都非常小，粒子間的萬有引力很不顯著，萬有引力可以忽略不計。 萬有引力定律是17世紀自然科學最偉大的成果之一，第一次揭示了自然界中的一種基本相互作用的規(guī)律，在人類認識自然的歷史上樹立了一座里程碑。在文化發(fā)展史上，萬有引力定律使人們建立了有能力理解天地間的各種事物的信心，解放了人們的思想，在科學文化的發(fā)展史上起到了積極的推動作用。 例1．關于萬有引力定律的適用范圍，下列說法中正確的有( ) A．只適用于天體，不適用于地面的物體 B．只適用于球形物體，不適用于其他形狀的物體 C ．只適用于質點，不適用于實際物體 D．適用于自然界中任何兩個物體之間 答案：D 例2.離地面某一高度h處的重力加速度是地球表面重力加速度的二分之一，則高度h是地球半徑的多少倍？ 解析：地球表面上物體所受重力約等于地球對物體的引力，則有: 離地面高度為h處: 由題意知解得 即h 是地球半徑的倍 四、卡文迪許實驗 視頻介紹該試驗 測定引力常量的重要意義 1.證明了萬有引力存在的普遍性. 2.萬有引力定律有了真正的實用價值，可測定遠離地球的天體的質量、密度等. 3.扭秤實驗巧妙地利用等效法合理地將微小量進行放大，開創(chuàng)了測量弱力的新時代. 課堂檢測內容 當堂訓練 1.對于萬有引力定律的表述式，下列說法中正確的是( ) A.公式中G為引力常量，它是由實驗測得的，而不是人為規(guī)定的 B.當r趨近于零時，萬有引力趨于無窮大 C.m1與m2受到的引力大小總是相等的，方向相反，是一對平衡力 D. m1與m2受到的引力大小總足相等的，而與m1、 m2 是否相等無關 答案：AD 2.要使兩物體間的萬有引力減小到原來的1/4，下列辦法可采用的是（ ） A.使兩個物體質量各減小一半，距離不變 B. 使其中一個物體的質量減小到原來的1/4，距離不變 C. 使兩物體的距離增為原來的2倍，質量不變 D. 兩物體的距離和兩物體質量都減小為原來的1/4 答案：ABC 3.下列說法正確的有 ( ) A . 太陽系中的八大行星有一個共同的軌道焦點 B . 行星的運動方向總是沿著軌道的切線方向 C . 行星的運動方向總是與它和太陽的連線垂直 D . 日心說的說法是完全正確的 答案： A B