萬有引力定律

1、教案創(chuàng)新設(shè)計(jì) 在萬有引力定律教學(xué)中重視學(xué)生素養(yǎng)教育山東省兗州市職業(yè)中專 272014 牛峰 一、   知識(shí)與技能1、了解萬有引力定律得出的思路和過程，知道重物下落和天體運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一性。2、理解萬有引力定律的含義并會(huì)用萬有引力定律公式解決簡(jiǎn)單的引力計(jì)算問題。3、知道萬有引力定律公式的適用范圍。4、理解萬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、   過程與方法1、在萬有引力定律建立過程的學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、猜想假設(shè)與推理論證等方法。2、培養(yǎng)學(xué)生研究問題時(shí)，抓住主要矛盾，簡(jiǎn)化問題，建立理想模型的處理問題的能力。三、  

2、 情感態(tài)度與價(jià)值觀1、通過牛頓在前人的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的思考過程，說明科學(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)過萬有引力常量測(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【教學(xué)重點(diǎn)】1、月-地檢驗(yàn)的推到過程。2、萬有引力定律的內(nèi)容及表達(dá)公式?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】1、對(duì)萬有引力定律的理解。2、使學(xué)生能把地面上的物體所受重力與其他星球與地球之間存在的引力是同性質(zhì)的力聯(lián)系起來?！窘虒W(xué)設(shè)計(jì)思想】在本節(jié)課教學(xué)，將讓學(xué)生繼續(xù)經(jīng)歷上節(jié)課的萬有引力定律“發(fā)現(xiàn)之旅”，為此使整個(gè)教學(xué)流程力圖體現(xiàn)如下規(guī)律發(fā)現(xiàn)過程:進(jìn)一步猜想：“天上”的力與“人間”的力可能出于同一本源？ 月-

3、地檢驗(yàn)：這個(gè)大膽的想法要由事實(shí)檢驗(yàn)。 更大膽地猜想：是否任意兩個(gè)物體之間都存在這樣的引力？     得到萬有引力定律： （G為引力常量）。 檢驗(yàn)萬有引力定律的普適性：卡文迪許測(cè)定萬有引力常量G.通過這個(gè)假想理論推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)過程，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)設(shè)計(jì)過程】一、       新課引入教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)通過上節(jié)的分析，我們已經(jīng)知道了我們太陽與行星間的引力規(guī)律，那么：A. 

4、;     行星為什么能夠繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)而不會(huì)飛離太陽？B.      行星與太陽間的引力與什么因素有關(guān)？C.      可以根據(jù)哪些已知規(guī)律推導(dǎo)出推出太陽與行星間的引力遵從的是什么樣的規(guī)律？公式中的G是比例系數(shù)，F(xiàn)是太陽和行星之間的引力，正是太陽和行星之間的引力使得行星不能飛離太陽。那么大家想到過，又是什么力使得地面的物體不能離開地球，總要落回地面呢？為了研究這個(gè)問題，下面我們繼續(xù)來體驗(yàn)一下：牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的思維過程。（引導(dǎo)學(xué)生回答，教師及時(shí)糾正補(bǔ)充）

5、A.      行星與太陽間的引力提供作為行星繞太陽近似圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，從而使得行星不能飛離太陽。B.      行星與太陽間的引力F與太陽和行星之間的距離r，行星質(zhì)量m和太陽質(zhì)量M有關(guān)。C.      根據(jù)開普勒第一、第二定律和牛頓第三定律推出太陽與行星間的引力遵從的規(guī)律： 。 二、       教授新課（一）、進(jìn)一步猜想教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)演示：將塑料制成且內(nèi)部空心的蘋果置于

6、某位學(xué)生頭頂不遠(yuǎn)處，靜止釋放。誘思：1.蘋果為什么只砸向這位同學(xué)，而不是砸向其他同學(xué)呢？2.那么受到重力又是怎么產(chǎn)生的呢？3.地球?qū)μO果的引力和太陽對(duì)行星的引力是否根本就是同一種力？若是這樣，物體離地面越遠(yuǎn)，其受到地球的引力就應(yīng)該越小，比如我們爬到高山上時(shí)，察覺到我們受到重力減小了？為什么？4.這樣的高度比起天體之間的距離來說，簡(jiǎn)直太小了。如果我們?cè)偻h(yuǎn)處設(shè)想，物體延伸到月球那么遠(yuǎn)，物體將會(huì)怎么樣運(yùn)動(dòng)？于是我們可以提出這樣的猜想：太陽對(duì)行星的引力 ，地球?qū)υ虑虻牧Γ厍驅(qū)Φ孛嫔衔矬w的力，也許真是同一種力，遵循相同的規(guī)律？（觀察蘋果的運(yùn)動(dòng)，啟發(fā)學(xué)生提出問題，并進(jìn)行思考討論）1. 

7、60;        1.由于重力方向豎直向下，蘋果在其重力作用下，在這位同學(xué)頭頂正上方可認(rèn)為做豎直向下的自由落體運(yùn)動(dòng)。2.由于地球?qū)μO果的吸引力而產(chǎn)生的。     .3.可能是同一種力。沒有明顯減弱，可能因?yàn)檫€不夠遠(yuǎn)。4.可能這個(gè)物體會(huì)象月球那樣繞著地球運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)說明：通過蘋果自由下落的物理情景，喚醒學(xué)生腦中當(dāng)年由蘋果落地而引起遐想進(jìn)而發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的故事情景，從而啟發(fā)學(xué)生設(shè)問，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)假定上述猜想成立，月球和蘋果的

8、地位相當(dāng)，則地球?qū)υ虑虻牧εc地球?qū)μO果的力應(yīng)該同樣遵從“平方反比”律，即 ，那么月球軌道上的物體受到的引力比他在地面附近受到的引力要小.創(chuàng)設(shè)情景：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r=3.8×108m,T=27 .3天, g=9.8m/s2，月球軌道半徑即月-地的距離r為地球半徑R的60倍，那么：在月球軌道上的物體受到的引力F1是它在地面附近受到的引力F2 的幾分之一？物體在月球軌道上的加速度a（月球公轉(zhuǎn)的向心加速度）是它在地面附近下落的加速度g重力加速度（重力加速度）的幾分之一？可見：用數(shù)據(jù)說明上述設(shè)想的正確性，牛頓的設(shè)想經(jīng)受了事實(shí)的檢驗(yàn)

9、，地球?qū)υ虑虻牧?，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)展到太陽與行星之間 ，地球與月球之間、地球?qū)Φ孛嫖矬w之間.   （通過創(chuàng)設(shè)情景中數(shù)據(jù)，讓學(xué)生進(jìn)行定量計(jì)算）設(shè)物體的質(zhì)量為m在月球軌道上的物體受到的引力 ，物體在地面附近受到的 ，則有 設(shè)質(zhì)量為m的物體在月球的軌道上運(yùn)動(dòng)的加速度（月球公轉(zhuǎn)的向心加速度）為a，則 ， ，r=60R，得 ，代入數(shù)據(jù)解得 設(shè)計(jì)說明：通過創(chuàng)設(shè)情景，引導(dǎo)學(xué)生定量計(jì)算，用無可辯駁的事實(shí)證明猜想的正確性，增強(qiáng)學(xué)生的理性認(rèn)識(shí)。（三）、萬有引力定律教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)既然太陽與行星之間 ，地球與月球之間、地球?qū)Φ孛嫖矬w之間具有與兩個(gè)物體的質(zhì)量成

10、正比,跟它們的距離的二次方成反比的引力。那么我們可以更大膽設(shè)想：是否任何兩個(gè)物體之間都存在這樣的力？很可能有，只是因?yàn)槲覀兩磉叺奈矬w質(zhì)量比天體的質(zhì)量小得多，我們不易覺察罷了，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，即具有劃時(shí)代意義的萬有引力定律.提出問題，閱讀教材：1.什么是萬有引力？并舉出實(shí)例。2萬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。3.萬有引力定律的適用條件是什么？ 4.你認(rèn)為萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)有何深遠(yuǎn)意義？對(duì)萬有引力定律的理解：A、普遍性：萬有引力存在于任何兩個(gè)物體之間，只不過一般物體的質(zhì)量與星球相比太小了，他

11、們之間的萬有引力也非常小，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、特殊性：兩個(gè)物體間的萬有引力和物體所在的空間及其他物體存在無關(guān)。D、適用性：只適用于兩個(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。 （提出問題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)問題閱讀教材P70-71，教師引導(dǎo)總結(jié)）1.萬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。2.萬有引力定律的內(nèi)容是：宇宙間一切物體都是相互吸引的。兩物

12、體間的引力大小，跟它們的質(zhì)量的乘積成下比，跟它們間的距離平方成反比. 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. m1、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為萬有引力常量：G=6.67×10-11 N·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：N·m2/kg2. 3.只適用于兩個(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。.4.萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)有著重要的物理意義：它對(duì)物理學(xué)、天文學(xué)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響；它把地面上物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律統(tǒng)一起來；對(duì)科學(xué)文化發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用，解放了人們的思想，給人們探索自然的奧秘