物理：魯科版 必修2 5.1 萬有引力定律及引力常量的測定 （教案）

1、第1節(jié) 萬有引力定律及引力常數(shù)的測定【知識目標(biāo)】 一、知識與技能 1 了解“地心說”和“日心說” 2 了解萬有引力定律的發(fā)展過程 3 知道開普勒三個定律 4 理解萬有引力定律 5 了解引力常數(shù) 二、過程與方法 1 通過課件模擬天體的運(yùn)動說明開普勒三個定律 2 運(yùn)用圓周運(yùn)動的知識理解天體運(yùn)動 3 理解萬有引力定律并會運(yùn)用其解釋天體現(xiàn)象 4 了解利用扭稱測量引力常數(shù)運(yùn)用探究方法 三、情感態(tài)度與價值觀 1 認(rèn)識發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的重要意義 2 體會科學(xué)定律對人類探索未知世界的作用【知識重點(diǎn)】 1 開普勒三個定律 2 萬有引力定律 3 卡文迪許的扭稱實(shí)驗【知識難點(diǎn)】 1 理解萬有引力定律及應(yīng)用 2 理解

2、卡文迪許的扭稱實(shí)驗的科學(xué)理念【教學(xué)方法】 1 問題教學(xué)法【教學(xué)過程】：【歷史回顧】中國對天體認(rèn)識：距今2100多年的馬王堆西漢墓中，出土了嫦娥奔月的畫帛，（書上83面）畫中嫦娥贊乘坐飛龍飄然奔月。嫦娥奔月是個傳說，也可以說是個夢想，它說明中國對天的研究早就有了。如果世界第八大奇跡秦始皇陵中的天穹據(jù)說是由夜明珠按星星的分布鑲嵌上的，中國對天體的追求早在秦朝之前就一定的嘗試。從戰(zhàn)國時期的楚國偉大詩人屈原的佳作天問就是對茫茫宇宙提出了一系列問題，體現(xiàn)了人類了解自然奧秘的渴望。但中國對天體的認(rèn)識由于種種原因沒能進(jìn)入實(shí)質(zhì)性，同樣的文明古國對這個問題有不同的探索。1古希臘人的探索：首先從星體的軌跡入手，最

3、早認(rèn)為天體圍繞地球轉(zhuǎn)動的說法（地心說），主要觀察到月球、太陽、水星、金星、火星、土星等，還能做好火星繞地球黑心的軌跡圖，基于托密勒地心本輪理論的宇宙橫向發(fā)展（書上100面），從古至今人類孜孜不倦地探索天體的運(yùn)動規(guī)律，天文學(xué)家托勒密設(shè)計一套非常復(fù)雜的體系，完善了地心本輪理論。這個學(xué)說持續(xù)了近2000年2文藝復(fù)興的撞擊：1943年天文學(xué)家哥白尼提出日心說，太陽是宇宙中心，行星都繞太陽做勻速圓周運(yùn)動。日心說還太陽系的真實(shí)感面貌，但還有不足：第谷觀察到a星體與計算結(jié)果不符b開普勒研究第谷測量數(shù)據(jù)得的緒論。第谷是個天文觀測家，他對星體進(jìn)行認(rèn)真系統(tǒng)的觀測，其測量的結(jié)果是托勒密和哥白尼的理論計算結(jié)果與觀測數(shù)

4、據(jù)不相符。開普勒研究第谷的觀測數(shù)據(jù)希望進(jìn)一步解釋哥白尼的行星圓形軌道，但是他的努力失敗，他相信不是第谷的粗心而是哥白尼的理論需要進(jìn)一步完善，開普勒開始研究行星非勻速非圓周的運(yùn)動，終于提出三大定律。（通過對歷史回顧來讓學(xué)生了解人對未知世界的探究是艱辛的但卻是永無止境的，激起學(xué)生對人類探索未知世界的興趣）【課件演示】展現(xiàn)行星的運(yùn)動軌及太陽的位置，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察，加深學(xué)生對開普勒第一定律的認(rèn)識，說明行星運(yùn)動軌跡是非圓周的運(yùn)動。 請學(xué)生觀察行星在相等時間內(nèi)掃過面積相等，讓學(xué)生了解開普勒第二定律，行星在同一軌道上越接近太陽運(yùn)動就越快，說明行星運(yùn)動是非勻速運(yùn)動。 要求學(xué)生掌握開普勒第三定律，行星繞太陽運(yùn)

5、行軌道半長軸r的立方與其公轉(zhuǎn)周期T的平方成比： 引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)信息窗，通過學(xué)習(xí)行星繞太陽運(yùn)動的有關(guān)數(shù)據(jù)加深學(xué)生對開普勒三大定律的理解。【創(chuàng)設(shè)問題】開普勒三大定律只說明行星運(yùn)動規(guī)律，沒有說明為什么會如此運(yùn)轉(zhuǎn)？為什么即不會脫離太陽又不會墜向太陽？人在空中停留一下都很思想觀念，越高越思想觀念，但行星這么高卻一點(diǎn)也不思想觀念？ 請同學(xué)們回答行星做什么運(yùn)動？行星做曲線運(yùn)動。 請同學(xué)分析一下行星是否受到力的作用呢？根據(jù)曲線運(yùn)動條件，行星必然受到一個與運(yùn)動方向成一定角度力的作用，這就說明了太陽的行星之間有存在著力的作用。 從開普勒第二定律可知行星在同一軌道上越接近太陽運(yùn)動就越快，根據(jù)圓周運(yùn)動離心現(xiàn)象，如運(yùn)動速

6、度增大，而向心力不變情況下，就會出現(xiàn)離心現(xiàn)象，運(yùn)動行星不但不出現(xiàn)離心現(xiàn)象反而做向心運(yùn)動，請同學(xué)分析原因：說明太陽與行星之間作用力跟距離有關(guān)，距離越小時作用力就越大。 引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)拓展一步的內(nèi)容，從而了解到太陽與行星之間作用力跟太陽和行星質(zhì)量有關(guān)。 從上面幾個方面初步了解太陽與行星之間存在相互作用力，定性知道力跟什么因素有關(guān)。牛頓運(yùn)用開普勒三大定律和自己在力學(xué)、數(shù)學(xué)方面的研究成果從定量的角度提出萬有引力定律（具體過程有潛力的同學(xué)可以過后在書中自習(xí)研究）： 自然界中任何兩個物體都是相互吸引的，引力方向沿兩物體的連線，引力的大小F與兩個物體質(zhì)量乘積成正比，與這兩個物體距離r的平均成反比。 【公式說明

7、】 兩個物體只能是質(zhì)點(diǎn)。 r是兩個質(zhì)點(diǎn)之間的距離（若是勻質(zhì)球體則是兩球心的距離）。 G是引力常數(shù)。 自然界中任何兩個物體存在引力。 可以從三個方面說明： 太陽與行星之間作用滿足萬有引力定律；地球附近物體也受地球吸引也是滿足萬有引力定律；通過例題可知地球上的兩個物體之間同樣存在引力作用也是滿足萬有引力定律，這就說明萬有引力定律適應(yīng)自然界中任何兩個物體。 牛頓萬有引力定律只提出引力與兩個物體質(zhì)量和之間距離有關(guān)，卻沒能給出準(zhǔn)確的引力常數(shù)，如何準(zhǔn)確測量引力常數(shù)成為物理界普遍關(guān)心的重大課題。【存在困難】請同學(xué)分析引力常數(shù)與什么因素有關(guān)？與物體質(zhì)量、物體間距離有關(guān)，這兩方面在實(shí)驗中要準(zhǔn)確他們數(shù)值不會很困難的，當(dāng)然還跟引力有關(guān)，由于引力比較微小，這必然給實(shí)驗測量引力帶來困難?！究朔щy】英國物理學(xué)家卡文迪許運(yùn)用正確實(shí)驗方法和思路，巧妙利用力矩平衡條件和微量放大法設(shè)計出扭稱，將于精確測出兩個鉛球之間微小的引力，從而證明萬有引力定律的正確性，由此得到精確度很高的引力常數(shù)G=6.65×12-11m3/(kg.s2)?！菊n件演示】通過對卡文迪許實(shí)驗原理課件演示，讓學(xué)生對卡文迪許扭稱實(shí)驗原理的更加了解。倒梯形架對稱地拉動扭轉(zhuǎn)比拉伸的形變大得多，更容易測量極小的力；利用小鏡面反射的光起到示數(shù)放大和極小質(zhì)量指針的作用?！纠}解答】 請同學(xué)運(yùn)用萬有引力