高中物理人教版第六章萬有引力與航天萬有引力定律 獲獎(jiǎng)作品

第三節(jié)萬有引力定律教學(xué)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思想萬有引力定律是本章的重點(diǎn)知識(shí)，，本節(jié)內(nèi)容是對(duì)上兩節(jié)教學(xué)內(nèi)容的進(jìn)一步延伸，是下一節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)；萬有引力定律的內(nèi)容固然重要，但讓學(xué)生了解發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的過程、了解牛頓時(shí)代的科學(xué)智慧更為重要．本節(jié)課以教師講授為主、學(xué)生探究和展示為輔的教學(xué)方式。講授過程中以物理學(xué)史為主線，讓學(xué)生以科學(xué)家的角度分析、思考問題。力爭(zhēng)抓住這節(jié)課的有利時(shí)機(jī)，滲透“沒有絕對(duì)特殊的物體”這一引起物理學(xué)幾次革命性突破的辯證唯物主義觀點(diǎn)。具體設(shè)計(jì)思路：一、新課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，重視學(xué)生科學(xué)探究，在“科學(xué)探究”中學(xué)生自己不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、體會(huì)科學(xué)方法、學(xué)會(huì)交流合作及通過集體的智慧解決問題。我將發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的過程設(shè)計(jì)為教師引導(dǎo)和學(xué)生探究先后結(jié)合的方法。“地球?qū)υ虑虻牧?、地球?qū)Φ孛嫔衔矬w的力、太陽對(duì)行星的力，真是同一種力嗎？”這個(gè)過程中所涉及到的邏輯思維和數(shù)學(xué)推導(dǎo)給學(xué)生帶來的困難則由教師適時(shí)引導(dǎo)。當(dāng)學(xué)生親自動(dòng)手，計(jì)算出月球軌道上物體運(yùn)動(dòng)的加速度就是地面物體下落加速度的倍時(shí)，學(xué)生一定會(huì)由衷地感嘆自然界的和諧統(tǒng)一和科學(xué)的無窮魅力。二萬有引力定律既是一個(gè)獨(dú)立的科學(xué)定律，又是牛頓經(jīng)典力學(xué)體系的重要組成部分。是普遍存在于宇宙中的任何有質(zhì)量的物體（大到天體小到微觀粒子）間的相互吸引力，是自然界的物體間的基本相互作用之一．對(duì)人類認(rèn)識(shí)和探索未知世界有著重要的意義。教學(xué)中要讓學(xué)生知道學(xué)習(xí)萬有引力定律不只是用來做幾道題，而是一個(gè)人科學(xué)素養(yǎng)的具體體現(xiàn)。三、我讓學(xué)生查找關(guān)于卡文迪許的資料、做成ppt并讓兩到三組同學(xué)在課堂展示。增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)鍛煉學(xué)生的語言組織能力和表達(dá)能力。四、將不易測(cè)量的微小量轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的物理量的方法是學(xué)中重要且常用的研究方法。通過卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行的物理思想和科學(xué)方法的滲透。同時(shí)也能說明科學(xué)實(shí)驗(yàn)是發(fā)現(xiàn)科學(xué)真理的基礎(chǔ)，也是檢驗(yàn)科學(xué)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能了解萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的思路和過程，知道地球上的重物下落與天體運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一性。知道萬有引力是一種存在于所有物理之間的吸引力，知道萬有引力的適用范圍。會(huì)用萬有引力定律解決簡(jiǎn)單的引力計(jì)算問題，知道萬有引力定律公式中r的物理意義，了解引力常量G的測(cè)定在科學(xué)史上的重大意義。過程與方法：1．通過對(duì)萬有引力的學(xué)習(xí)，使學(xué)生體會(huì)在科學(xué)規(guī)律發(fā)現(xiàn)過程猜想與求證的重要性。2．通過展示卡文迪許扭秤的設(shè)計(jì)方法，滲透科學(xué)發(fā)現(xiàn)與科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法論教育．情感態(tài)度與價(jià)值觀：理解科學(xué)發(fā)現(xiàn)、發(fā)展的過程和規(guī)律；感悟自然界的統(tǒng)一、和諧美；感悟科學(xué)家追求和宣傳科學(xué)真理所表現(xiàn)出的堅(jiān)定信念和獻(xiàn)身精神；教學(xué)重點(diǎn)萬有引力定律的內(nèi)容及數(shù)學(xué)表達(dá)式教學(xué)難點(diǎn)萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的思路扭秤實(shí)驗(yàn)的物理思想和科學(xué)方法;教學(xué)資源多媒體資料、卡文迪許扭秤的模型教法設(shè)計(jì)講授法、學(xué)生合作探究、學(xué)生課前查找資料課上展示、多媒體輔助教學(xué)教學(xué)過程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖一、萬有引力的猜想：二、探究猜想：三、萬有引力定律：四、引力常量G的測(cè)定課堂小結(jié)課后作業(yè)一、萬有引力的猜想：復(fù)習(xí)：1．行星運(yùn)動(dòng)是按照什么規(guī)律運(yùn)行的呢？2．牛頓時(shí)代的科學(xué)家認(rèn)為什么原因使行星繞太陽運(yùn)動(dòng)？3．太陽與行星之間作用力的規(guī)律是什么？引入：粉筆頭、樹上的蘋果自由下落，為什么是向下運(yùn)動(dòng)，而不是向其他方向運(yùn)動(dòng)呢？那么重力又是怎么產(chǎn)生的呢？地球?qū)Ψ酃P頭的引力與太陽與行星之間的作用力是不是一種力呢？另外，地面上的物體距地面很遠(yuǎn)時(shí)，如在高山上，似乎重力沒有明顯的減弱，難道在高山上還不夠遠(yuǎn)嗎？如果物體延伸到月球那么遠(yuǎn)，物體是否也會(huì)向月球那樣圍繞地球運(yùn)動(dòng)？地球?qū)υ虑虻牧?、地球?qū)Φ孛嫔衔矬w的力、太陽對(duì)行星的力，真是同一種力？二、探究猜想：這個(gè)大膽的想法需要由事實(shí)檢驗(yàn)，假如地球?qū)υ虑虻牧?、地球?qū)Φ孛嫔衔矬w的力真是同一種力，同樣遵循平方反比規(guī)律。又由牛二定律：可知月球軌道半徑約為地球半徑的60倍。月球軌道上物體運(yùn)動(dòng)的加速度就應(yīng)該是地面物體下落加速度的倍。怎樣求出月球軌道上物體運(yùn)動(dòng)的加速度？由于月球運(yùn)動(dòng)周期易于觀測(cè)，所以用月球到地球的距離,月球公轉(zhuǎn)周期天，同學(xué)們能否根據(jù)以上數(shù)據(jù)說明上述猜想的正確性？結(jié)論：地球?qū)υ虑虻牧Α⒌厍驅(qū)Φ孛嫔衔矬w的力、太陽對(duì)行星的力，確實(shí)是同一種力.三、萬有引力定律：由上面的結(jié)論推廣：引力存在于任何兩個(gè)物體之間，也正因?yàn)榇?，這個(gè)引力稱做萬有引力。1表述：自然界中任何兩個(gè)物體之間都存在相互作用的引力，引力的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量和的乘積成正比，跟兩物體之間的距離的平方成反比。――1687年發(fā)表在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》上。2公式表示：3適用條件①萬有引力定律只適用于質(zhì)點(diǎn)間引力大小的計(jì)算。②當(dāng)兩物體是質(zhì)量均勻分布的球體時(shí)，它們間的引力也可直接用公式計(jì)算，但式中的r是指兩球心間距離。③當(dāng)研究物體不能看成質(zhì)點(diǎn)時(shí)，可以把物體假想分割成無數(shù)個(gè)質(zhì)點(diǎn)，求出兩個(gè)物體上每個(gè)質(zhì)點(diǎn)與另一物體上所有質(zhì)點(diǎn)的萬有引力，然后求合力。（此方法僅給學(xué)生提供一種思路）4對(duì)萬有引力定律的進(jìn)一步理解（1）．普遍性：萬有引力是普遍存在于宇宙中的任何有質(zhì)量的物體（大到天體小到微觀粒子）間的相互吸引力，它是自然界的物體間的基本相互作用之一．（2）．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，符合牛頓第三定律．（3）．宏觀性：通常情況下，萬有引力非常小，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，粒子間的萬有引力很不顯著，萬有引力可以忽略不計(jì)課堂練習(xí)1：既然任何物體間都存在著引力，為什么當(dāng)兩個(gè)人接近時(shí)不會(huì)吸在一起？我們通常分析物體的受力時(shí)是否需要考慮物體間的萬有引力？請(qǐng)你根據(jù)實(shí)際中的情況，假設(shè)合理的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算說明以上兩個(gè)問題。．四、引力常量G的測(cè)定1686年牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力，但由于當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)條件和技術(shù)的限制，很難精確地測(cè)定上述比例式中比例系數(shù)．直到1789年，英國(guó)物理學(xué)家卡文迪許巧妙地利用了扭秤裝置，第一次在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)兩個(gè)物體間的引力大小作了精確的測(cè)量和計(jì)算，比較準(zhǔn)確地測(cè)出了引力常量．1．卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)扭秤的主要部分是：一個(gè)T字形輕而結(jié)實(shí)的框架，倒掛在一根石英絲下。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，根據(jù)萬有引力定律，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。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)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?。扭秤裝置把微小力轉(zhuǎn)變成力矩來反映（一次放大），扭轉(zhuǎn)角度又通過光標(biāo)的移動(dòng)來反映（二次放大）．從而確定物體間的萬有引力．2引力常量3測(cè)定引力常量G的重要意義（1）．證明了萬有引力的存在．（2）．扭秤實(shí)驗(yàn)的物理思想和科學(xué)方法“開創(chuàng)了測(cè)量弱力的新時(shí)代”……英國(guó)物理學(xué)家玻印廷語．練習(xí)2：大麥哲倫云和小麥哲倫云是銀河系外離地球最近的星系。大麥哲倫云的質(zhì)量為太陽質(zhì)量的1010倍，即104kg，小麥哲倫云的質(zhì)量為太陽質(zhì)量的109倍，兩者相距光年，求它們之間的引力。練習(xí)3：一個(gè)質(zhì)子有兩個(gè)u夸克和一個(gè)d夸克組成。一個(gè)夸克的質(zhì)量是kg，求兩個(gè)夸克相距m時(shí)的萬有引力。請(qǐng)同學(xué)們思考，今天我們通過什么方法、得到了什么定律？有什么收獲？引力常量G的測(cè)出，使得萬有引力定律在天文學(xué)的發(fā)展上起了重要的作用，請(qǐng)同學(xué)們通過網(wǎng)絡(luò)或書籍查閱相關(guān)資料，寫一篇關(guān)于萬有引力定律應(yīng)用的小文章。學(xué)生思考、回答：開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律太陽與行星之間的引力學(xué)生回答:重力的方向是豎直向下學(xué)生思考：300多年前牛頓苦思冥想的猜想：“天上”的力與“人間”的力可能出于同一本源?學(xué)生討論、提出方案學(xué)生分析討論應(yīng)該運(yùn)用哪個(gè)公式請(qǐng)一名同學(xué)對(duì)過程說明＝＝學(xué)生討論、練習(xí)讓學(xué)生查找關(guān)于卡文迪許的資料、做成ppt并在課堂展示學(xué)生思考計(jì)算學(xué)生思考計(jì)算復(fù)習(xí)舊知引入新課通過啟發(fā)式的設(shè)問,激發(fā)學(xué)生的探究興趣與想象力教師引導(dǎo)讓學(xué)生將圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際問題處理中。讓學(xué)生自己動(dòng)手推導(dǎo)，得出結(jié)論。有更強(qiáng)的說服力。讓學(xué)生通過計(jì)算體會(huì)到周圍一般物體之間的萬有引力很小，說明作受力分析時(shí)可以忽略兩個(gè)人體之間的萬有引力；讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)扭秤實(shí)驗(yàn)的物理思想和科學(xué)方法;讓學(xué)生體會(huì)到是萬有引力主宰著天體之間的關(guān)系；讓學(xué)生體會(huì)到微觀粒子之間萬有引力更加小。板書設(shè)計(jì)萬有引力定律一、萬有引力的猜想：太陽對(duì)行星的力、地球?qū)υ虑虻牧?、地球?qū)μO果的力是同一種力嗎？二、探究猜想：。可知月球軌道上物體運(yùn)動(dòng)的加速度就應(yīng)該是地面物體下落加速度的倍。三、萬有引力定律：1表述：2公