(完整版)萬(wàn)有引力定律教學(xué)設(shè)計(jì)

1、萬(wàn)有引力定律教學(xué)設(shè)計(jì)山東省莒南第一中學(xué) 朱淑娟【教材依據(jù)】 人教版高中物理必修二第六章第三節(jié)【教材分析】1、萬(wàn)有引力定律這一節(jié)承上啟下，承接上章勻速圓周運(yùn)動(dòng)，開(kāi)啟之后要學(xué)習(xí)的衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2、萬(wàn)有引力定律這一節(jié)是本章的核心， 這節(jié)內(nèi)容是對(duì)上兩節(jié)課教學(xué)內(nèi)容的進(jìn)一步推演， 也是下節(jié)課教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)，是本章的教學(xué)重點(diǎn)。3、教材在尊重歷史事實(shí)的前提下，通過(guò)一些邏輯思維的鋪墊，讓學(xué)生以自己現(xiàn)有的知 識(shí)基礎(chǔ)，經(jīng)歷一次“發(fā)現(xiàn)”萬(wàn)有引力定律的過(guò)程?！緦W(xué)情分析】1. 高一學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了牛頓的三個(gè)定律、 圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)、 開(kāi)普勒三定律， 已經(jīng)積累了 一定的知識(shí)。理論上已經(jīng)具備了接受萬(wàn)有引力定律的能力。2. 在上

2、一節(jié)中，學(xué)生經(jīng)歷了太陽(yáng)與行星間引力的探究過(guò)程，學(xué)生對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的研究產(chǎn) 生了極大的興趣和求知欲。3. 另一方面我國(guó)在航天事業(yè)上成就突出，捷報(bào)頻傳，極大的激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)有關(guān)宇宙、 航天、衛(wèi)星知識(shí)的興趣?！窘虒W(xué)目標(biāo)】一、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，知道重物下落和天體運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一性。2 、理解萬(wàn)有引力定律的含義并會(huì)用萬(wàn)有引力定律公式解決簡(jiǎn)單的引力計(jì)算問(wèn)題。3 、知道萬(wàn)有引力定律公式的適用范圍。4 、理解萬(wàn)有引力常量的意義及測(cè)定方法，了解卡文迪許實(shí)驗(yàn)室。二、過(guò)程與方法1 、在萬(wàn)有引力定律建立過(guò)程的學(xué)習(xí)中， 學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、 提出問(wèn)題、猜想假設(shè)與推理論 證等方法。2、培養(yǎng)學(xué)生研究問(wèn)題時(shí)，

3、 抓住主要矛盾， 簡(jiǎn)化問(wèn)題，建立理想模型的處理問(wèn)題的能力。三、情感態(tài)度與價(jià)值觀1、通過(guò)牛頓在前人的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的思考過(guò)程，說(shuō)明科學(xué)研究的長(zhǎng)期性， 連續(xù)性及艱巨性，提高學(xué)生科學(xué)價(jià)值觀。2、經(jīng)過(guò)萬(wàn)有引力常量測(cè)定的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)的方法論和物理常量數(shù)量級(jí)的重要 性?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】1 、月- 地檢驗(yàn)的推導(dǎo)過(guò)程。2 、萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容及表達(dá)式?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】1 、對(duì)萬(wàn)有引力定律的理解。2 、使學(xué)生能把地面上的物體所受重力與月地之間存在的引力是同性質(zhì)的力聯(lián)系起來(lái)。 【教學(xué)設(shè)計(jì)思想】在本節(jié)課教學(xué)，將讓學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行“發(fā)現(xiàn)之旅”-追尋牛頓的足跡，為此整個(gè)教學(xué)流程如下：由蘋(píng)果落地引起猜想-月地檢驗(yàn)-更

4、大膽的猜想-萬(wàn)有引力定律-卡文迪許測(cè) 定G通過(guò)這個(gè)假想一一理論推導(dǎo)一一實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)過(guò)程，讓學(xué)生在物理情景中主動(dòng)的參與知識(shí) 的構(gòu)建過(guò)程，體會(huì)這種充滿著大膽的設(shè)想、巧妙的驗(yàn)證和從中體現(xiàn)著的科學(xué)探索的精神與方 法?！窘虒W(xué)過(guò)程】一、新課引入教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)通過(guò)上一節(jié)的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道了 太陽(yáng)與行星間的引力規(guī)律，提問(wèn)：表達(dá)式 是怎樣的？這一節(jié)我們將繼續(xù)追尋牛頓的足跡“發(fā)現(xiàn)”萬(wàn)有引力定律。（教師板書(shū)課題：6.3萬(wàn)有引力定律）提問(wèn)：提到萬(wàn)有引力定律，同學(xué)們首 先想到什么？展示課件中的牛頓蘋(píng)果樹(shù)的圖片，講述中國(guó)也有牛頓蘋(píng)果樹(shù)的事實(shí)。學(xué)生回答F 6耳叫r想到牛頓與蘋(píng)果的故事設(shè)計(jì)說(shuō)明：講述學(xué)生不知道的事實(shí)-中國(guó)也有

5、牛頓蘋(píng)果樹(shù)， 引起學(xué)生的興趣，激發(fā) 學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。:、教授新課（一）進(jìn)一步猜想教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)展示課件中牛頓與蘋(píng)果的故事圖片，“回味”牛頓的思考及牛頓的猜想：思考：（1）地球和月球之間的吸引力會(huì)不 與地球吸引蘋(píng)果的力是同一種力？思考：（2）即使在最高的建筑物上和最高 的山頂上，重力都不會(huì)有明顯的減弱那么地 球表面的重力能否延伸到很遠(yuǎn)的地方，會(huì)不會(huì) 作用到月球上？思考：（3）拉住月球使它繞地球運(yùn)動(dòng)的力， 與拉著蘋(píng)果使它下洛的力，以及眾行星與太陽(yáng) 之間的作用力也許真的是同一種力，遵循相同 的規(guī)律?牛頓的猜想：這些力是同一種性質(zhì)的力， 并且都遵從與距離的平方成反比 的規(guī)律.觀察圖片，與牛頓”一起”

6、猜想：（1）地球和月球之間的吸引力使月球沒(méi) 有做離心運(yùn)動(dòng)，地球吸引平果的力使平果洛 地，它們可能是同一種力。（2）咼山上也有蘋(píng)果樹(shù)，蘋(píng)果熟了也會(huì) 下洛。地球表面的重力會(huì)延伸至很遠(yuǎn)，也會(huì)作 用的月球上。（3 ）猜想是同一種力，都遵從相同規(guī)律設(shè)計(jì)說(shuō)明：通過(guò)蘋(píng)果自由下落的物理情景， 喚醒學(xué)生腦中當(dāng)年由蘋(píng)果落地而引起遐想進(jìn) 而發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的故事情景， 從而啟發(fā)學(xué)生設(shè)問(wèn)，使牛頓的想法能夠激發(fā)學(xué)生的興趣與 想像力。（二）月-地檢驗(yàn)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)（板書(shū)：一、月地檢驗(yàn)）課件展示情景：月球繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)（月球軌道半徑r為地球半徑R的60倍） 假定上述猜想成立，月球和蘋(píng)果的地位相當(dāng)，則地球?qū)υ虑虻牧εc

7、地球?qū)μO(píng)果的力 應(yīng)該同樣遵從“平方反比”律，即尸。提問(wèn)：（1）月球做什么運(yùn)動(dòng)？符合什么 規(guī)律？（2）物體在地面附近受到的地球的吸引 力表達(dá)式是怎樣的？（3）月球的加速度（月球公轉(zhuǎn)的向心加 速度）是重力加速度 g的幾分之一？課件展示：在牛頓時(shí)代，重力加速度g，月地的距離 r、月球的公轉(zhuǎn)周期T都能精確的測(cè)定，已知月球周期：T = 27.3 天 2.36 X 106s月球軌道半徑：r疋60R地球半徑：R = 6400 X 103m提問(wèn)：（4）以上數(shù)據(jù)能計(jì)算出月球的向 心加速度嗎？可見(jiàn)：用數(shù)據(jù)說(shuō)明上述設(shè)想的正確性，牛頓的猜想經(jīng)受了事實(shí)的檢驗(yàn)，地球?qū)υ虑颍ㄍㄟ^(guò)創(chuàng)設(shè)情景中數(shù)據(jù)，讓學(xué)生進(jìn)行定量 計(jì)算）學(xué)生回

8、答： 由牛頓第二定律得：lGMmF 月2 ma月（60R）匚GMm F地2ma地Ra月12a地60用上一章知識(shí)計(jì)算出數(shù)據(jù)：（借助計(jì)算器會(huì) 更快）4 2a月丁2 r322.72 10 m/s1 g60親身體驗(yàn)推導(dǎo)過(guò)程，猜想得到證實(shí)，學(xué)生的 學(xué)習(xí)熱情進(jìn)一步提升。的力，地球?qū)Φ孛嫖矬w的力真是同一種力。 至此，平方反比律已經(jīng)擴(kuò)展到太陽(yáng)與行星之 間，地球與月球之間、地球?qū)Φ孛嫖矬w之間。設(shè)計(jì)說(shuō)明：通過(guò)創(chuàng)設(shè)情景，引導(dǎo)學(xué)生定量計(jì)算，用無(wú)可辯駁的事實(shí)證明猜想的正確性, 增強(qiáng)學(xué)生的理性認(rèn)識(shí)。（三）萬(wàn)有引力定律教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)猜想的到了證實(shí)，那么我們可以展開(kāi)想象的 翅膀，更大膽設(shè)想：是否任何兩個(gè)物體之間 都存在這樣

9、的力？只是因?yàn)槲覀兩磉叺奈?體質(zhì)量比天體的質(zhì)量小得多，我們不易覺(jué)察 罷了，于是我們可以把這一規(guī)律推廣到自然 界中任意兩個(gè)物體間即萬(wàn)有引力定律.提出問(wèn)題，閱讀教材：1什么是萬(wàn)有引力？并舉出實(shí)例。2. 萬(wàn)有引力定律怎樣反映物體之間相互作 用的規(guī)律？其數(shù)學(xué)表達(dá)式如何？并注明每 個(gè)符號(hào)的單位和物理意義。3. 萬(wàn)有引力定律的適用條件是什么？同時(shí)體會(huì)萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容，理解萬(wàn)有引力定律普遍性、相互性、宏觀性：A、普遍性：萬(wàn)有引力存在于任何兩個(gè) 物體之間，只不過(guò)一般物體的質(zhì)量與星球相 比太小了，他們之間的萬(wàn)有引力也非常小， 完全可以忽略不計(jì)。B、相互性：兩個(gè)物體相互作用的引力 是一對(duì)作用力與反作用力。C、宏

10、觀性：通常情況下，萬(wàn)有引力非 常小，只有在質(zhì)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(zhì)量都非常小， 粒子間的萬(wàn) 有引力很不顯著，萬(wàn)有引力可以忽略不計(jì).講解過(guò)程中適時(shí)板書(shū)：一、萬(wàn)有引力定律1 內(nèi)容：2 表達(dá)式：F Gmim2r適用條件：質(zhì)點(diǎn)3 理解：普遍性（提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)問(wèn)題閱讀教材，教師引導(dǎo)總結(jié)）1.萬(wàn)有引力是普遍存在于宇宙中任何有 質(zhì)量的物體之間的相互吸引力。日對(duì)地、地 對(duì)月、地對(duì)地面上物體的引力都是其實(shí)例。2. 萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容是：自然界中任何兩 個(gè)物體都相互吸弓1,引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質(zhì)量 m和m的乘積成正比，與它

11、們之間距離r的二次方成反比式中各物理量的含義及單位：F為兩個(gè)物體間的引力，單位：N.ml m2分別表示兩個(gè)物體的質(zhì)量，單位：kgr為兩個(gè)物體間的距離，單位：mG為萬(wàn)有引力常量：G=6.67 X 10-11N m2/kg2，它在數(shù)值上等于質(zhì)量是 1Kg的物 體相距米時(shí)的相互作用力，單位：Nm2/kg2.3. 適用于兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的引力，當(dāng)物體之間的距離遠(yuǎn)大于物體本身時(shí)，物體可看成質(zhì)點(diǎn)； 當(dāng)兩物體是質(zhì)量分布均勻的球體時(shí)，它們間 的引力也可直接用公式計(jì)算，但式中的r是指兩球心間的距離。萬(wàn)有引力定律具有普遍性、相互性、宏觀性。 相互性 宏觀性設(shè)計(jì)說(shuō)明：?jiǎn)l(fā)學(xué)生更大膽的猜想，并在教師設(shè)問(wèn)中，自主閱讀教材，做

12、到有的放矢, 自主學(xué)習(xí)，最后引導(dǎo)學(xué)生討論總結(jié)回答問(wèn)題，在增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)表達(dá)能力。（四）、鞏固練習(xí)：教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)課件展示練習(xí)每個(gè)題請(qǐng)學(xué)生分析后，教師再小結(jié)要占：八、第1、2題考察萬(wàn)有引力大小的表達(dá)式，引力的大小與物體的質(zhì)量 mi和m的乘積成正比，與它們之間距離 r的二次方成反比。同時(shí)體會(huì)人與人之間的萬(wàn)有引力很小，所以平時(shí)覺(jué)察不到。第3、4、5題考察萬(wàn)有引力定律的適用條件以及對(duì)萬(wàn)有引力定律的理解。學(xué)生練習(xí)，再互相討論得出的答案，互 相糾錯(cuò)。學(xué)生主動(dòng)給出自己的答案并分析選擇的 理由。特別是其中第4題請(qǐng)學(xué)生分析CD項(xiàng)設(shè)計(jì)說(shuō)明：及時(shí)做練習(xí)，讓學(xué)生體會(huì)親自推出萬(wàn)有引力定律的成就感，并及時(shí)鞏固對(duì)萬(wàn)有引力

13、定律理解。（五）、弓I力常量的測(cè)定教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律，卻沒(méi)有給出引觀察圖片，思考問(wèn)題，學(xué)生代表發(fā)表 :力恒量的數(shù)值。由于一般物體間的引力非常見(jiàn)解小，用實(shí)驗(yàn)測(cè)定極其困難。直到一百多年之后，（教師引導(dǎo)總結(jié)：）才由英國(guó)的卡文迪許用精巧的扭秤測(cè)出。1 用扭秤的方法卡文迪許測(cè)定引力恒課件展示圖片（教材中沒(méi)有，補(bǔ)充給學(xué)生）量比較精確。巧妙之處是其中用到光學(xué)放并介紹構(gòu)造、實(shí)驗(yàn)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生一起分析原大法。理。2.學(xué)習(xí)彈力時(shí)，曾經(jīng)也用到光學(xué)放大根據(jù)上述資料結(jié)合教材，思考問(wèn)題：法，用來(lái)觀察微小的形變。1 試比較卡文迪許測(cè)定引力常量的值G3 .卡文迪許在測(cè)定引力恒量G,表明和現(xiàn)代引力常量 G并

14、嘗試說(shuō)明卡文迪許在測(cè)萬(wàn)有引力定律適用于地面的任何兩個(gè)物G值時(shí)巧妙在哪里？體，用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)步證明了力有引力定2.這種巧妙之處還在哪兒學(xué)過(guò)？律的普適性；冋時(shí)使得包括計(jì)算星體質(zhì)量3引力常量的測(cè)定有何實(shí)際意義？在內(nèi)的關(guān)于萬(wàn)有引力定律的定量計(jì)算成講解過(guò)程中適時(shí)板書(shū)：為可能。三、引力常量1 實(shí)驗(yàn)裝置、原理2引力常量的意義設(shè)計(jì)說(shuō)明：通過(guò)圖片展示和教師講解，在教師設(shè)問(wèn)下，組織學(xué)生進(jìn)行討論和分析，使學(xué)生體會(huì)到卡文迪許扭稱實(shí)驗(yàn)精巧的方法，同時(shí)鍛煉學(xué)生的信息處理能力。結(jié)合物理學(xué)史講解，讓學(xué)生體會(huì)引力常量的測(cè)定重要實(shí)際意義。（六）、課堂小結(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)今天，我們從太陽(yáng)與行星間引力的作用 出發(fā)，根據(jù)類比事實(shí)將“平方

15、反比關(guān)系”的 作用力進(jìn)行猜想和假設(shè)、檢驗(yàn)和推廣，從而 得出萬(wàn)有引力定律。請(qǐng)同學(xué)們互相討論總結(jié)這節(jié)課有什么 收獲？提問(wèn)：通過(guò)這節(jié)學(xué)習(xí)有什么收獲？課件展示課堂總結(jié)：學(xué)生自主討論學(xué)習(xí)收獲。學(xué)生踴躍發(fā)言，暢談收獲。（七）、布置作業(yè)1、市學(xué)案自我測(cè)評(píng)1 62、預(yù)習(xí)第四節(jié)，思考萬(wàn)有引力定律有哪些應(yīng)用?【板書(shū)設(shè)計(jì)】6.3萬(wàn)有引力定律一、月-地檢驗(yàn)二、萬(wàn)有引力定律1 .內(nèi)容：2 表達(dá)式：F G呼r適用條件：質(zhì)點(diǎn)3 .理解：普遍性 相互性 宏觀性三、引力常量1. 實(shí)驗(yàn)裝置、原理2. 引力常量的意義附：課堂練習(xí)1. 粗略的計(jì)算一下兩個(gè)質(zhì)量為50kg，相距0.5m的人之間的引力？答案：6.6710 7 N2、 要使兩物體間萬(wàn)有引力減小到原來(lái)的1/4，可采用的方法是（）A. 使兩物體的質(zhì)量各減少一半，距離保持不變B. 使兩物體間距離增至原來(lái)的2倍，質(zhì)量不變C. 使其中一個(gè)物體質(zhì)量減為原來(lái)的1/4 ,距離不變D. 使兩物體質(zhì)量及它們之間的距離都減為原來(lái)的1/43.操場(chǎng)兩邊放著半徑為答案：ABCr乜，質(zhì)量分別為 艸、m2的籃球和足球，兩者的直線間距為這兩球間的萬(wàn)有引力大小為（AC小于答案：Cmm22rmm2r4.對(duì)于萬(wàn)有引力定律的表達(dá)式B 大于D無(wú)法判斷m1 m22rm1