魯科版必修2 萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定 第1課時(shí) 教案.doc

5.1萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定教案學(xué)科物理任課教師上課班級(jí)上課時(shí)間教學(xué)內(nèi)容5.1萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定課型新授法制滲透內(nèi)容愛(ài)國(guó)教育課時(shí)2課標(biāo)要求通過(guò)有關(guān)事實(shí)了解萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程。知道萬(wàn)有引力定律。認(rèn)識(shí)萬(wàn)有引力定律的重要意義。體會(huì)科學(xué)定律對(duì)人類探索未知世界的作用。體會(huì)科學(xué)研究方法對(duì)人們認(rèn)識(shí)自然的重要作用。三維目標(biāo)一、知識(shí)與技能1.了解地心說(shuō)和日心說(shuō)，了解萬(wàn)有引力定律的發(fā)展過(guò)程，知道開(kāi)普勒三個(gè)定律；2.了解萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，理解萬(wàn)有引力定律；5.知道萬(wàn)有引力常量的測(cè)定方法及常量在物理學(xué)上的重要意義。二、過(guò)程與方法1 通過(guò)課件模擬天體的運(yùn)動(dòng)說(shuō)明開(kāi)普勒三個(gè)定律2.了解科學(xué)研究方法對(duì)人們認(rèn)識(shí)自然的重要性，認(rèn)識(shí)卡文迪許實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法及重要意義。三、情感態(tài)度與價(jià)值觀1.通過(guò)有關(guān)史實(shí)了解萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，體會(huì)科學(xué)探索過(guò)程的曲折與艱辛，認(rèn)識(shí)發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的重要意義。2.體會(huì)科學(xué)定律對(duì)人類探索未知世界的作用及科學(xué)家勇于探索、實(shí)事求是的態(tài)度與精神。教學(xué)重點(diǎn) 萬(wàn)有引力定律教學(xué)難點(diǎn)引力常量的測(cè)定方法教學(xué)方法及突破重難點(diǎn)的措施從人類對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)過(guò)程的討論回顧及補(bǔ)充，師生共同學(xué)習(xí)了解萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，同時(shí)說(shuō)明萬(wàn)有引力定律還會(huì)在相對(duì)論的領(lǐng)域加以修正，灌輸科學(xué)不斷發(fā)展的認(rèn)識(shí)。按歷史發(fā)展的腳步順勢(shì)借助多媒體講解開(kāi)普勒三定律及萬(wàn)有引力定律。得出萬(wàn)有引力定律表達(dá)式后讓學(xué)生計(jì)算兩個(gè)一百千克相距一米的質(zhì)點(diǎn)間的引力大小，分析改力如何測(cè)量，引出“引力常量的測(cè)定”。此處通過(guò)史實(shí)簡(jiǎn)介讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)發(fā)展的曲折與艱辛。動(dòng)畫輔助介紹卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)，討論形式感受該實(shí)驗(yàn)中直接測(cè)量轉(zhuǎn)為間接測(cè)量的思想與放大法的應(yīng)用與巧妙。教學(xué)用具一根細(xì)線，多媒體動(dòng)畫教學(xué)時(shí)間教學(xué)過(guò)程與方法教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)導(dǎo)入新課新課教學(xué)一、行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律1.地心說(shuō)亞里士多德，托勒密2.日心說(shuō)哥白尼3.第谷、開(kāi)普勒的研究與貢獻(xiàn)補(bǔ)充橢圓知識(shí)開(kāi)普勒三定律1. 橢圓定律2. 面積定律3. 周期定律鞏固練習(xí)二、萬(wàn)有引力定律引入萬(wàn)有引力定律回顧牛頓對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的思考推到萬(wàn)有引力定律萬(wàn)有引力定律：自然界中任何兩個(gè)物體都是相互吸引的，引力的方向沿兩物體的連線，引力的大小f與兩個(gè)物體的乘積成正比，與他們的距離r的平方成反比。練習(xí)鞏固三、引力常量的測(cè)定及其意義展示圖片分析卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)的原理與方法分析總結(jié)引力常量測(cè)定的意義計(jì)算地球質(zhì)量總結(jié)板書設(shè)計(jì)展示太空中星系、行星運(yùn)轉(zhuǎn)、太空站、火箭發(fā)射的圖片。面對(duì)浩瀚的星空，哪里是宇宙中心，各天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律如何，為什么飛船能像月亮一樣圍繞地球旋轉(zhuǎn)，飛船在什么條件下能掙脫地球的束縛？本章學(xué)習(xí)我們將會(huì)解開(kāi)部分答案。板書：5.1 萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定一、行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律多媒體輔助簡(jiǎn)介地心說(shuō)、日心說(shuō)及代表人物，介紹第谷對(duì)開(kāi)普勒三定律、萬(wàn)有引力定律的貢獻(xiàn)，簡(jiǎn)介第谷、開(kāi)普勒兩位科學(xué)家。補(bǔ)充橢圓知識(shí)：介紹橢圓的畫法開(kāi)普勒三定律（多媒體課件展示）1.開(kāi)普勒第一定律（橢圓定律）：每一行星沿一個(gè)橢圓軌道環(huán)繞太陽(yáng)，而太陽(yáng)則處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。2.開(kāi)普勒第二定律（面積定律）：太陽(yáng)與任何一個(gè)行星的連線（矢徑）在相等時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等。sab=scd=sek3.開(kāi)普勒第三定律（周期定律）：行星繞太陽(yáng)運(yùn)行軌道半長(zhǎng)軸r的立方與其周期t的平方成正比。r3/t2=k其中r為行星公轉(zhuǎn)軌道半長(zhǎng)軸、t為行星公轉(zhuǎn)周期、k=常數(shù)。說(shuō)明：k與行星無(wú)關(guān)，與太陽(yáng)（中心天體）有關(guān) 。說(shuō)明：中學(xué)階段對(duì)行星的研究都可把軌道看做一個(gè)圓周。多媒體展示練習(xí)：、關(guān)于行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的下列說(shuō)法中正確的是（ ）a、所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。b、行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)太陽(yáng)位于行星軌道的中心處。c、離太陽(yáng)越近的行星運(yùn)動(dòng)周期越長(zhǎng)。d、所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。二、萬(wàn)有引力定律引入課題：上一章學(xué)習(xí)了圓周運(yùn)動(dòng)，我們知道做圓周運(yùn)動(dòng)的的物體都需要一個(gè)向心力，這個(gè)力是由物體實(shí)際受到的力提供的，那月球等天體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由誰(shuí)提供呢？介紹科學(xué)家對(duì)行星運(yùn)動(dòng)原因的各種猜想。演示粉筆頭自由下落并提問(wèn)：1.粉筆頭下落的原因？2.地球?qū)Ψ酃P頭的引力與對(duì)月球的引力是否是一個(gè)力？牛頓總結(jié)了地球?qū)Φ孛嫔系奈矬w的引力、太陽(yáng)對(duì)行星的引力、以及行星對(duì)衛(wèi)星的引力，都遵守相同的規(guī)律，是同一性質(zhì)的力。牛頓把這種引力規(guī)律做了推廣，在1687年發(fā)表了萬(wàn)有引力定律。 引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)開(kāi)普勒第三定律、向心力公式和牛頓第三定律推到萬(wàn)有引力的表達(dá)式。所有行星軌道半徑的三次方與運(yùn)動(dòng)周期的二次方之比是一個(gè)定值，即開(kāi)普勒第三定律。根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)向心力關(guān)系：，把t2=r3/k代入，得：.其中m為行星質(zhì)量，r為行星軌道半徑，即太陽(yáng)與行星的距離.也就是說(shuō)，太陽(yáng)對(duì)行星的引力正比于行星的質(zhì)量而反比于太陽(yáng)與行星的距離的平方。f牛頓第三定律，即作用力等于反作用力，用在這里，就是行星對(duì)太陽(yáng)也有引力。同時(shí)，太陽(yáng)也不是一個(gè)特殊物體，它和行星之間的引力也應(yīng)與太陽(yáng)的質(zhì)量m成正比，即f用語(yǔ)言表述，就是：太陽(yáng)與行星之間的引力，與它們質(zhì)量的乘積成正比，與它們距離的平方成反比。這就是牛頓的萬(wàn)有引力定律。如果改寫為等式，則為：其中g(shù)為一個(gè)常數(shù)，叫做引力常量(視學(xué)生情況，可強(qiáng)調(diào)與物體重力只是用同一字母表示，并非同一個(gè)含義)。說(shuō)明：牛頓得出這個(gè)規(guī)律，是在與胡克等人的探討中得到的。萬(wàn)有引力定律內(nèi)容:自然界中任何兩個(gè)物體都是相互吸引的，引力的方向沿兩物體的連線，引力的大小f與兩個(gè)物體的乘積成正比，與他們的距離r的平方成反比?！局R(shí)拓展】下面我們對(duì)萬(wàn)有引力定律作進(jìn)一步的說(shuō)明：(1)萬(wàn)有引力存在于任何兩個(gè)物體之間。 (2)萬(wàn)有引力定律中的距離r，其含義是兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的距離。兩個(gè)物體相距很遠(yuǎn)，則物體一般可以視為質(zhì)點(diǎn)。但如果是規(guī)則形狀的均勻物體相距較近，則應(yīng)把r理解為它們的幾何中心的距離。(3)萬(wàn)有引力是因?yàn)槲矬w有質(zhì)量而產(chǎn)生的引力。從萬(wàn)有引力定律可以看出，物體間的萬(wàn)有引力由相互作用的兩個(gè)物體的質(zhì)量決定，所以質(zhì)量是萬(wàn)有引力產(chǎn)生的原因。從這一產(chǎn)生原因可以看出：萬(wàn)有引力不同于我們初中所學(xué)習(xí)過(guò)的電荷間的引力及磁極間的引力，也不同于我們以后要學(xué)習(xí)的分子間的引力。練習(xí)：試估算距離10m的兩個(gè)各位100kg的可看作質(zhì)點(diǎn)的物體（人）間的萬(wàn)有引力大小。提問(wèn)：如何測(cè)出萬(wàn)有引力的大小？引出下一課題介紹：牛頓得出萬(wàn)有引力定律表達(dá)式后，包括牛頓在內(nèi)的很多人做了大量實(shí)驗(yàn)想要測(cè)量萬(wàn)有引力大小以得出引力常量，進(jìn)而得出地球甚至是太陽(yáng)的質(zhì)量，但都以失敗告終。直到一百多年后，卡文迪許多次實(shí)驗(yàn)最后測(cè)出了引力常量，故他也被稱為“能稱出地球質(zhì)量的人”。三、引力常量的測(cè)定及其意義（一）引力常量g的測(cè)定1.卡文迪許扭秤裝置（如圖，課件展示）2.實(shí)驗(yàn)的原理：兩次放大及等效的思想.扭秤裝置把微小力轉(zhuǎn)變成力矩來(lái)反映（一次放大），扭轉(zhuǎn)角度通過(guò)光標(biāo)的移動(dòng)來(lái)反映（二次放大），從而確定物體間的萬(wàn)有引力。（類比微小形變的放大）t形架在兩端質(zhì)量為m的兩個(gè)小球受到質(zhì)量為m的兩大球的引力作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)，引力的力矩為fl。同時(shí)，金屬絲發(fā)生扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生一個(gè)相反的力矩k，當(dāng)這兩個(gè)力的力矩相等時(shí)，t形架處于平衡狀態(tài)，此時(shí)，金屬絲扭轉(zhuǎn)的角度可根據(jù)小鏡從上的反射光在刻度尺上移動(dòng)的距離求出，由平衡方程：k=fl，.l為兩小球的距離，k為扭轉(zhuǎn)系數(shù)，可測(cè)出，r為小球與大球的距離.3.g的值： 6.6710-11 nm2/kg2說(shuō)明：g不是重力，有單位（二）測(cè)定引力常量的重要意義1.證明了萬(wàn)有引力存在的普遍性。2.萬(wàn)有引力定律有了真正的實(shí)用價(jià)值，可測(cè)定遠(yuǎn)離地球的天體的質(zhì)量、密度等。3.扭秤實(shí)驗(yàn)巧妙利用等效法合理地將微小量進(jìn)行放大，開(kāi)創(chuàng)了測(cè)量弱力的新時(shí)代。展示問(wèn)題：已知月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的軌道半徑約為38萬(wàn)公里，轉(zhuǎn)動(dòng)周期t約為27.3d，使計(jì)算地球質(zhì)量m。提示：月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)可看做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，向心力由誰(shuí)提供？問(wèn)：若讓求地球的平均密度，接下來(lái)又該如何解呢？提示球的體積公式卡文迪許測(cè)定的g值為6.75410-11，現(xiàn)在公認(rèn)的g值為6.6710-11.需要注意的是，這個(gè)萬(wàn)有引力恒量是有單位的：它的單位應(yīng)該是乘以兩個(gè)質(zhì)量的單位千克，再除以距離的單位米的平方后，得到力的單位牛頓，故應(yīng)為nm2/kg2.g=6.6710-11 nm2/kg2由于萬(wàn)有引力恒量的數(shù)值非常小，所以一般質(zhì)量的物體之間的萬(wàn)有引力是很小的，這么小的力我們是根本感覺(jué)不到的。只有質(zhì)量很大的物體對(duì)一般物體的引力我們才能感覺(jué)到，如地球?qū)ξ覀兊囊Υ笾戮褪俏覀兊闹亓?。總結(jié)：本節(jié)我們學(xué)習(xí)了開(kāi)普勒的三個(gè)解釋行星運(yùn)動(dòng)的定律、萬(wàn)有引力定律，了解了任何兩個(gè)有質(zhì)量的物體間都存在萬(wàn)有引力，這個(gè)力大小計(jì)算式為：其中g(shù)為引力常量，為6.6710-11 nm2/kg2我們還了解了科學(xué)家分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法和技巧，希望這些對(duì)我們今后分析問(wèn)題有所借鑒作用。作業(yè)：試結(jié)合地球質(zhì)量的計(jì)算方法，查閱地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道半徑，計(jì)算太陽(yáng)的質(zhì)量。觀察圖片，感受宇宙的浩瀚無(wú)邊，思考介紹地心說(shuō)、日心說(shuō)；了解第谷、開(kāi)普勒了解橢圓的畫法，明確橢圓的焦點(diǎn)、長(zhǎng)軸、短軸，了解橢圓中a、b、c的關(guān)系及偏心率。根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律討論行星在近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)，哪點(diǎn)的速率大，哪點(diǎn)的角速度大？通過(guò)信息窗中行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的有關(guān)數(shù)據(jù)，歸納總結(jié)（或驗(yàn)證）開(kāi)普勒第三定律，認(rèn)識(shí)到人們把行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)開(kāi)左勻速圓周運(yùn)動(dòng)的合理性。練習(xí)鞏固開(kāi)普勒三定律回顧向心力思考向心力來(lái)源回答：粉筆受重力作用。了解牛頓的思考結(jié)合開(kāi)普勒第三定律、向心力公式和牛頓第三定律，在老師引導(dǎo)下共同推導(dǎo)得出萬(wàn)有引力與r的平方成反比，與兩物體質(zhì)量乘積成正比。得出萬(wàn)有引力定律表達(dá)式。（此處可結(jié)合學(xué)生情況加以引導(dǎo)）學(xué)生疑問(wèn)：既然兩個(gè)物體間都存在引力，為什么當(dāng)兩個(gè)人接近時(shí)他們不吸在一起？帶入公式計(jì)算結(jié)果，把結(jié)果與兩個(gè)雞蛋的重力（約為1n）比較，感受地面上的物體間引力的大小。體會(huì)人們對(duì)科學(xué)規(guī)律的不懈追求和對(duì)未知的渴望觀察圖片，了解其中的原理及巧妙之處感受放大法的應(yīng)用與巧妙了解g的計(jì)算過(guò)程再次了解引力常量大小討論總結(jié)引力常量測(cè)定的重要意義閱讀教材94頁(yè)“方法點(diǎn)撥”了解直接測(cè)量轉(zhuǎn)為間接測(cè)量是科學(xué)研究中普遍采用的方法。分析問(wèn)題，結(jié)合提示列式求解回憶密度公式與球體的體積公式總結(jié)回顧明確表達(dá)式中各符號(hào)的含義及萬(wàn)有引力定律的適用條件教學(xué)反思這節(jié)內(nèi)容是這一章的重點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程中既