萬(wàn)有引力定律及引力常數(shù)的測(cè)定完美版

1、第 1 節(jié) 萬(wàn)有引力定律及引力常數(shù)的測(cè)定高一物理備課組福建省晉江第一中學(xué)知識(shí)目標(biāo) 】一、知識(shí)與技能1 了解“地心說(shuō)”和“日心說(shuō)”2 了解萬(wàn)有引力定律的發(fā)展過(guò)程3 知道開(kāi)普勒三個(gè)定律4 理解萬(wàn)有引力定律5 了解引力常數(shù)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 運(yùn)用圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)理解天體運(yùn)動(dòng)3 理解萬(wàn)有引力定律并會(huì)運(yùn)用其解釋天體現(xiàn)象4 了解利用扭稱(chēng)測(cè)量引力常數(shù)運(yùn)用探究方法三、情感態(tài)度與價(jià)值觀1 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(lèi)探索未知世界的作用知識(shí)重點(diǎn) 】1 開(kāi)普勒三個(gè)定律2 萬(wàn)有引力定律3 卡文迪許的扭稱(chēng)實(shí)驗(yàn)知識(shí)難點(diǎn) 】1 理解萬(wàn)有引力定律及應(yīng)用2 理解卡

2、文迪許的扭稱(chēng)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)理念數(shù)學(xué)方法 】1 問(wèn)題數(shù)學(xué)法教學(xué)過(guò)程 】：【歷史回顧】中國(guó)對(duì)天體認(rèn)識(shí)：距今2100多年的馬王堆西漢墓中，出土了嫦娥奔月的畫(huà)帛，（書(shū)上83面）畫(huà)中嫦娥贊乘坐飛龍飄然奔月。嫦娥奔月是個(gè)傳說(shuō)，也可以說(shuō)是個(gè)夢(mèng)想，它說(shuō) 明中國(guó)對(duì)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(shuō)是由夜明珠按星星 的分布鑲嵌上的，中國(guó)對(duì)天體的追求早在秦朝之前就一定的嘗試。從戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的楚國(guó)偉大詩(shī)人屈原的佳作天問(wèn)就是對(duì)茫茫宇宙提出了一系列問(wèn)題，體 現(xiàn)了人類(lèi)了解自然奧秘的渴望。但中國(guó)對(duì)天體的認(rèn)識(shí)由于種種原因沒(méi)能進(jìn)入實(shí)質(zhì)性，同樣的 文明古國(guó)對(duì)這個(gè)問(wèn)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

3、，最早認(rèn)為天體圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的說(shuō)法（地心說(shuō)），主要觀察到月球、太陽(yáng)、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(shū)上100面），從古至今人類(lèi)孜孜不倦地探索天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，天文學(xué)家托勒密設(shè)計(jì)一套非常復(fù)雜的體系，完善了地心本輪理論。這個(gè)學(xué)說(shuō)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(shuō)，太陽(yáng)是宇宙中心，行星都繞太陽(yáng)做 勻速圓周運(yùn)動(dòng)。日心說(shuō)還太陽(yáng)系的真實(shí)感面貌，但還有不足：第谷觀察到a星體與計(jì)算結(jié)果不符b開(kāi)普勒研究第谷測(cè)量數(shù)據(jù)得的緒論。第谷是個(gè)天文觀測(cè)家，他對(duì)星體進(jìn)行認(rèn)真系統(tǒng)的觀測(cè)，其測(cè)量的結(jié)果是托勒密和哥白尼的理 論計(jì)算結(jié)果

4、與觀測(cè)數(shù)據(jù)不相符。開(kāi)普勒研究第谷的觀測(cè)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(kāi) 普勒開(kāi)始研究行星非勻速非圓周的運(yùn)動(dòng)，終于提出三大定律。（通過(guò)對(duì)歷史回顧來(lái)讓學(xué)生了解人對(duì)未知世界的探究是艱辛的但卻是永無(wú)止境的，激起學(xué)生對(duì)人類(lèi)探索未知世界的興趣）【課件演示】展現(xiàn)行星的運(yùn)動(dòng)軌及太陽(yáng)的位置，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察，加深學(xué)生對(duì)開(kāi)普勒第一定律的認(rèn)識(shí)，說(shuō)明行星運(yùn)動(dòng)軌跡是非圓周的運(yùn)動(dòng)。請(qǐng)學(xué)生觀察行星在相等時(shí)間內(nèi)掃過(guò)面積相等，讓學(xué)生了解開(kāi)普勒第二定律，行星在同一軌道上越接近太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)就越快，說(shuō)明行星運(yùn)動(dòng)是非勻速運(yùn)動(dòng)。要求學(xué)生掌握開(kāi)普勒第三定律，行星

5、繞太陽(yáng)運(yùn)行軌道半長(zhǎng)軸r的立方與其公轉(zhuǎn)周期 TR2的平方成比：* = KT3引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)信息窗，通過(guò)學(xué)習(xí)行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的有關(guān)數(shù)據(jù)加深學(xué)生對(duì)開(kāi)普勒三大 定律的理解?！緞?chuàng)設(shè)問(wèn)題】開(kāi)普勒三大定律只說(shuō)明行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律，沒(méi)有說(shuō)明為什么會(huì)如此運(yùn)轉(zhuǎn)？為什么即不會(huì)脫離太陽(yáng)又不會(huì)墜向太陽(yáng)？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(qǐng)同學(xué)們回答行星做什么運(yùn)動(dòng)？行星做曲線運(yùn)動(dòng)。請(qǐng)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(dòng)條件，行星必然受到一個(gè)與 運(yùn)動(dòng)方向成一定角度力的作用，這就說(shuō)明了太陽(yáng)的行星之間有存在著力的作用。從開(kāi)普勒第二定律可知行星在同一軌道上越接近太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)就越快，根據(jù)

6、圓周運(yùn)動(dòng)離心 現(xiàn)象，如運(yùn)動(dòng)速度增大，而向心力不變情況下，就會(huì)出現(xiàn)離心現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)行星不但不出現(xiàn)離 心現(xiàn)象反而做向心運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)同學(xué)分析原因：說(shuō)明太陽(yáng)與行星之間作用力跟距離有關(guān)，距離越 小時(shí)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(yáng)與行星之間作用力跟太陽(yáng)和行星 質(zhì)量有關(guān)。從上面幾個(gè)方面初步了解太陽(yáng)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(kāi)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(wàn)有引F與兩力定律（具體過(guò)程有潛力的同學(xué)可以過(guò)后在書(shū)中自習(xí)研究）：自然界中任何兩個(gè)物體都是相互吸引的，引力方向沿兩物體的連線，引力的大小個(gè)物體質(zhì)量乘積 Mm成正比，與這兩個(gè)

7、物體距離r的平均成反比。Mm2 r【公式說(shuō)明】?jī)蓚€(gè)物體只能是質(zhì)點(diǎn)。探r是兩個(gè)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(gè)物體存在引力?？梢詮娜齻€(gè)方面說(shuō)明：太陽(yáng)與行星之間作用滿足萬(wàn)有引力定律；地球附近物體也受地球吸引也是滿足萬(wàn)有引力定律；通過(guò)例題可知地球上的兩個(gè)物體之間同樣存在引力作用 也是滿足萬(wàn)有引力定律，這就說(shuō)明萬(wàn)有引力定律適應(yīng)自然界中任何兩個(gè)物體。牛頓萬(wàn)有引力定律只提出引力與兩個(gè)物體質(zhì)量和之間距離有關(guān)，卻沒(méi)能給出準(zhǔn)確的引 力常數(shù)，如何準(zhǔn)確測(cè)量引力常數(shù)成為物理界普遍關(guān)心的重大課題?！敬嬖诶щy】請(qǐng)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

8、方面在實(shí)驗(yàn)中要準(zhǔn)確他們數(shù)值不會(huì)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(yàn)測(cè)量引力帶來(lái)困難?！究朔щy】英國(guó)物理學(xué)家卡文迪許運(yùn)用正確實(shí)驗(yàn)方法和思路，巧妙利用力矩平衡條件和微量放大法設(shè)計(jì)出扭稱(chēng)，將于精確測(cè)出兩個(gè)鉛球之間微小的引力，從而證明萬(wàn)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=6.65X 12-1im/(kg.s 2)?！菊n件演示】通過(guò)對(duì)卡文迪許實(shí)驗(yàn)原理課件演示，讓學(xué)生對(duì)卡文迪許扭稱(chēng)實(shí)驗(yàn)原理的更加了解。倒梯形架對(duì)稱(chēng)地拉動(dòng)扭轉(zhuǎn)比拉伸的形變大得多，更容易測(cè)量極小的力；禾U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。【例題解答】請(qǐng)同學(xué)運(yùn)用萬(wàn)有引力定律和圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律

9、來(lái)計(jì)算天體質(zhì)量。引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)教材中如何求得地球的質(zhì)量。經(jīng)過(guò)學(xué)生計(jì)算天體的質(zhì)量的過(guò)程中讓學(xué)生明確引力常數(shù)重要意義， 同時(shí)便學(xué)生了解萬(wàn)有引力定律真正的實(shí)用價(jià)值。【作業(yè)】數(shù)材中第104頁(yè)的第三題和第四題。育星教育網(wǎng) 不論何時(shí)，都要盡可能讓思考與反省預(yù)見(jiàn)到突發(fā)的激情，這于審慎者可輕而易舉做到。心煩意亂之時(shí)，首先要做的就是意識(shí)到這一點(diǎn)。先控制住自己的情緒，下決心不再使之加劇。有了這種高明 的防范，就能很快終止怒氣。要懂得制怒之法，且止息于當(dāng)止之時(shí)：奔跑時(shí)停下來(lái)最難；狂怒時(shí)保持頭腦清醒也一樣難。過(guò)分激動(dòng)，不論程度高低，都會(huì)影響理智。一旦對(duì)發(fā)怒有了這種警醒，就 不會(huì)使你因怒氣而失控，也不會(huì)使你損害良好的辨別力。謹(jǐn)慎地駕馭情緒，就能很好地控制它。你將是馬背上第一個(gè)理智的人。智者最沒(méi)有耐性，因?yàn)閷W(xué)識(shí)減少了他們的耐心。知識(shí)淵博的人很難