2020-2021學(xué)年高中物理 第五章 萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用 第1節(jié) 萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定教案1 魯科版必修2

1、2020-2021學(xué)年高中物理 第五章 萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用 第1節(jié) 萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定教案1 魯科版必修22020-2021學(xué)年高中物理 第五章 萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用 第1節(jié) 萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定教案1 魯科版必修2年級(jí)：姓名：- 7 -第一節(jié)：萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定一、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能1了解萬(wàn)有引力定律得出的思路和過(guò)程，知道地球上的重物下落與天體運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一性；2.知道萬(wàn)有引力是一種存在于所有物體之間的吸引力，知道萬(wàn)有引力定律的適用范圍；3.會(huì)用萬(wàn)有引力定律解決簡(jiǎn)單的引力計(jì)算問(wèn)題，知道萬(wàn)有引力定律公式中r的物理意義；4.了解引力常量g的測(cè)定在科學(xué)歷史上的重大意義；5

2、.了解萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)的意義。過(guò)程與方法1通過(guò)演繹牛頓當(dāng)年發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的過(guò)程，體會(huì)在科學(xué)規(guī)律發(fā)現(xiàn)過(guò)程中猜想與求證的重要性；2體會(huì)推導(dǎo)過(guò)程中的數(shù)量關(guān)系。情感、態(tài)度與價(jià)值觀1. 感受自然界任何物體間引力的關(guān)系，從而體會(huì)大自然的奧秘；2. 通過(guò)演繹牛頓當(dāng)年發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的過(guò)程和卡文迪許測(cè)定萬(wàn)有引力常量的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)家們勇于探索、永不知足的精神和發(fā)現(xiàn)真理的曲折與艱辛。二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 1萬(wàn)有引力定律的推導(dǎo)過(guò)程，既是本節(jié)課的重點(diǎn)，又是學(xué)生理解的難點(diǎn)。2由于一般物體間的萬(wàn)有引力極小，學(xué)生對(duì)此缺乏感性認(rèn)識(shí)。三、教學(xué)方法啟發(fā)式教學(xué)法、推理、論證法、討論法。四、教 學(xué) 活 動(dòng)(一)引入新課西漢民

3、間神話-嫦娥奔月：戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，屈原天問(wèn)：古希臘-地心說(shuō)：托勒密、畢達(dá)哥拉斯、柏拉圖和亞里士多德等，他們都認(rèn)為，地球是宇宙的中心，其他所有的星球，都是以簡(jiǎn)單的圓形軌道圍繞著地球而運(yùn)轉(zhuǎn)的。16世紀(jì)-波蘭人哥白尼：日心說(shuō)1584年，意大利的哲學(xué)家布魯諾：日心說(shuō)1576年到1597年將近二十一年間，第谷布拉赫（丹麥）的天文觀測(cè)伽利略的發(fā)現(xiàn)-伽利略發(fā)明了第一臺(tái)倍率高的太空望遠(yuǎn)鏡，從此科學(xué)獲得研究星空的強(qiáng)有力的工具。（二）進(jìn)行新課在此階段，正是由于第谷和伽利略的天文觀測(cè)所遺留下來(lái)的高精度的觀測(cè)數(shù)據(jù)，給接下來(lái)的開(kāi)普勒提供了數(shù)據(jù)上的支持，立下了汗馬功勞。開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律才得以問(wèn)世。開(kāi)普勒第一定律：所有行星繞

4、太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌跡都是橢圓，太陽(yáng)位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。開(kāi)普勒第二定律：太陽(yáng)與任何一個(gè)行星的連線（矢徑）在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等。開(kāi)普勒第三定律：行星繞太陽(yáng)運(yùn)行軌道半長(zhǎng)軸r的立方與其公轉(zhuǎn)周期t的平方成正比。接下來(lái)認(rèn)識(shí)偏心率e：橢圓兩個(gè)焦點(diǎn)的距離與長(zhǎng)軸的比值。偏心率越大，橢圓越扁平；偏心率越小，橢圓越接近圓形，偏心率為零，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓。學(xué)生活動(dòng)：動(dòng)手畫(huà)出一個(gè)e=0.2的橢圓觀察發(fā)現(xiàn)：非常接近一個(gè)圓形。八大行星的運(yùn)行軌道偏心率都小于0.3，都可近似認(rèn)為是圓形，行星的運(yùn)動(dòng)近似為勻速圓周運(yùn)動(dòng)。思考三個(gè)問(wèn)題：1、行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要向心力，由誰(shuí)來(lái)提供呢？2、這個(gè)力的大小與什么因素有關(guān)呢？3、這種力

5、與蘋(píng)果落地受到的力是一樣的力嗎，為什么？學(xué)生活動(dòng)：師生總結(jié)：由上式可得出結(jié)論：太陽(yáng)對(duì)行星的引力跟行星的質(zhì)量成正比，跟行星到太陽(yáng)的距離的二次方成反比。教師：牛頓根據(jù)其第三定律：太陽(yáng)吸引行星的力與行星吸引太陽(yáng)的力是同性質(zhì)的作用力，且大小相等。于是提出大膽的設(shè)想：既然這個(gè)引力與行星的質(zhì)量成正比，也應(yīng)跟太陽(yáng)的質(zhì)量m成正比。即：教師：這種力與蘋(píng)果落地受到的力是一樣的力嗎，為什么？地球與月球之間的力，和地球與其周圍物體之間的力是否遵從相同的規(guī)律?師生活動(dòng)：地-月檢驗(yàn)推導(dǎo)牛頓在研究了這許多不同物體間的作用力都遵循上述引力規(guī)律之后。于是他大膽地把這一規(guī)律推廣到自然界中任意兩個(gè)物體間，1687年，牛頓在自然哲學(xué)

6、的數(shù)學(xué)原理中正式提出了萬(wàn)有引力定律：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，引力的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比。公式如果用m1和m2表示兩個(gè)物體的質(zhì)量，用r表示它們的距離，那么萬(wàn)有引力定律可以用下面的公式來(lái)表示 （其中g(shù)為引力常量）說(shuō)明：1.g為引力常量，在si制中，g6.671011nm2/kg2.2萬(wàn)有引力定律中的物體是指質(zhì)點(diǎn)而言，不能隨意應(yīng)用于一般物體。a.對(duì)于相距很遠(yuǎn)因而可以看作質(zhì)點(diǎn)的物體，公式中的r 就是指兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的距離；b.對(duì)均勻的球體，可以看成是質(zhì)量集中于球心上的質(zhì)點(diǎn)，這是一種等效的簡(jiǎn)化處理方法。 既然“萬(wàn)有引力”，那為什么我和你之

7、間為什么沒(méi)有被吸引呢？學(xué)生活動(dòng)：一起來(lái)算一算，兩位同學(xué)之間的萬(wàn)有引力。 m1=50kg，m2=75kg，r=0.5m 引力常量g=6.6710-11nm2/kg2 f萬(wàn)=？ 觀察總結(jié)：當(dāng)兩個(gè)物體質(zhì)量不夠大時(shí)，相互的引力非常小，以致我們難以觀測(cè)到，常常忽略不計(jì)。萬(wàn)有引力定律通常用于天體與天體之間，或天體與普通物體之間的引力計(jì)算。教師：牛頓雖然得到了萬(wàn)有引力定律，但并沒(méi)有很大的實(shí)際應(yīng)用，因?yàn)楫?dāng)時(shí)他沒(méi)有辦法測(cè)定引力常量g的數(shù)值。直到一百多年后英國(guó)的另一位物理學(xué)家卡文迪許才用實(shí)驗(yàn)測(cè)定了g的數(shù)值。利用多媒體演示說(shuō)明卡文迪許的扭秤裝置及其原理。扭秤的主要部分是這樣一個(gè)t字形輕而結(jié)實(shí)的框架，把這個(gè)t形架倒掛

8、在一根石英絲下。若在t形架的兩端施加兩個(gè)大小相等、方向相反的力，石英絲就會(huì)扭轉(zhuǎn)一個(gè)角度。力越大，扭轉(zhuǎn)的角度也越大。反過(guò)來(lái)，如果測(cè)出t形架轉(zhuǎn)過(guò)的角度，也就可以測(cè)出t形架兩端所受力的大小?，F(xiàn)在在t形架的兩端各固定一個(gè)小球，再在每個(gè)小球的附近各放一個(gè)大球，大小兩個(gè)球間的距離是可以較容易測(cè)定的。根據(jù)萬(wàn)有引力定律，大球會(huì)對(duì)小球產(chǎn)生引力，t形架會(huì)隨之扭轉(zhuǎn)，只要測(cè)出其扭轉(zhuǎn)的角度，就可以測(cè)出引力的大小。當(dāng)然由于引力很小，這個(gè)扭轉(zhuǎn)的角度會(huì)很小。怎樣才能把這個(gè)角度測(cè)出來(lái)呢？卡文迪許在t形架上裝了一面小鏡子，用一束光射向鏡子，經(jīng)鏡子反射后的光射向遠(yuǎn)處的刻度尺，當(dāng)鏡子與t形架一起發(fā)生一個(gè)很小的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，刻度尺上的光斑會(huì)

9、發(fā)生較大的移動(dòng)。這樣，就起到一個(gè)化小為大的效果，通過(guò)測(cè)定光斑的移動(dòng)，測(cè)定了t形架在放置大球前后扭轉(zhuǎn)的角度，從而測(cè)定了此時(shí)大球?qū)π∏虻囊?。卡文迪許用此扭秤驗(yàn)證了牛頓萬(wàn)有引力定律，并測(cè)定出萬(wàn)有引力恒量g的數(shù)值。這個(gè)數(shù)值與近代用更加科學(xué)的方法測(cè)定的數(shù)值是非常接近的?？ㄎ牡显S測(cè)定的g值為6.75410-11 nm2/kg2，現(xiàn)在公認(rèn)的g值為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，我們可以估算一下，兩個(gè)質(zhì)量50kg的同學(xué)相距0.5m時(shí)之間的萬(wàn)有引力有多大(可由學(xué)生回答：約6.6710-7n)，這么小的力我們是根本感覺(jué)不到的。只有質(zhì)量很

10、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Γ虑驅(qū)Ｑ蟮囊?dǎo)致了潮汐現(xiàn)象。而天體之間的引力由于星球的質(zhì)量很大，又是非常驚人的：如太陽(yáng)對(duì)地球的引力達(dá)3.561022n。想一想：卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用了哪些科學(xué)探究方法？師生討論：放大法 間接測(cè)量法教師：萬(wàn)有引力常量的測(cè)定使萬(wàn)有引力定律有了正真的實(shí)用價(jià)值，使萬(wàn)有引力定律能夠廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)、生活實(shí)踐。例如：知道g的值后，利用萬(wàn)有引力定律便可以計(jì)算出天體的質(zhì)量，卡文迪許也因此被稱為“能稱出地球質(zhì)量的人”。（三）課后作業(yè)：月球繞地球運(yùn)行的t=27.3d，月球與地球之間的球心平均距離為r=3.84108m，求一求地球的質(zhì)量是多少？五、板書(shū)設(shè)計(jì)6、 教學(xué)反思 本