高中物理《萬有引力定律》教案26 新人教版必修2

1、萬有引力定律教學(xué)設(shè)計(jì)思想：本節(jié)的主要內(nèi)容是學(xué)生體會發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的思路，親自推導(dǎo)并建立完整的萬有引力定律。本節(jié)在本章中處于核心地位，是第一節(jié)內(nèi)容的發(fā)展，是后幾節(jié)的基礎(chǔ)。本節(jié)教材選用的是討論法與講授法結(jié)合的教學(xué)方法。教學(xué)中幾個(gè)環(huán)節(jié)說明如下：討論交流：將三個(gè)問題分為兩個(gè)層次給學(xué)生。因?yàn)榭紤]到問題的性質(zhì)不一樣，前兩個(gè)問題是學(xué)生熟知的事實(shí)，后一個(gè)問題重在推理。而且與牛頓的思路直接相關(guān)，可作為后一環(huán)節(jié)的引入。推導(dǎo)定律的公式：安排學(xué)生到黑板推導(dǎo)。主要考慮學(xué)生獨(dú)立思考，分析，并且作出解釋，比老師帶著推導(dǎo)更能調(diào)動(dòng)學(xué)生思維，更方便發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題。對相關(guān)學(xué)史的介紹，舊教材是在推導(dǎo)之前，新教材安排在推導(dǎo)之后。安排

2、在后，更能突出本節(jié)的重點(diǎn)。并且，一定要在最后強(qiáng)調(diào)牛頓證明了天體運(yùn)行的軌道是橢圓。對于引力常量，新教材只要求學(xué)生知道。對于測量方法，并不要求每位學(xué)生理解、掌握。所以，課堂教學(xué)時(shí)可以點(diǎn)到為止。課后，發(fā)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行查閱相關(guān)資料，自學(xué)，體會將微小形變放大的方法。一、教學(xué)目標(biāo)（一）知識與技能了解發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的思路和過程。理解萬有引力定律的內(nèi)容及數(shù)學(xué)表達(dá)式，在簡單情景中能計(jì)算萬有引力。知道牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的意義。4、認(rèn)識萬有引力定律的普遍性。（它存在宇宙中任何有質(zhì)量的物體之間，不管它們之間是否還有其它作用力）。（二）、過程與方法1、學(xué)生在推導(dǎo)定律時(shí)體會“把橢圓軌道近似為圓軌道”的方法，滲透科學(xué)發(fā)現(xiàn)的

3、方法。2、通過運(yùn)用萬有引力定律進(jìn)行一些簡單估算，鍛煉估算能力，并體會萬有引力的“大”和“小”。（三）、情感、態(tài)度與價(jià)值觀1、增強(qiáng)新規(guī)律的確立必須經(jīng)過理論推導(dǎo)和事實(shí)（或?qū)嶒?yàn)）驗(yàn)證這兩方面工作的意識。2、了解科學(xué)發(fā)展的艱巨性和必然性，培養(yǎng)對科學(xué)家崇敬的情感，增強(qiáng)學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的意識。二、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)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)的思路三、教學(xué)內(nèi)容及變化本節(jié)內(nèi)容包括正文、練習(xí)與評價(jià)和發(fā)展空間三部分。正文部分又分為與引力有關(guān)現(xiàn)象的思考、萬有引力定律和萬有引力常量三部分。原教材的相關(guān)內(nèi)容分為兩節(jié)，一節(jié)萬有引力定律，一節(jié)引力常量的測定。新教材合并為一節(jié)，把卡文迪許測定

4、引力常量的實(shí)驗(yàn)作為課外閱覽?？赡苁强紤]實(shí)際教學(xué)的情況，基本是局限于教師的掛圖講解，并沒有真正去探究。但作為重要的內(nèi)容，又有保留的價(jià)值。教學(xué)時(shí)，本部分內(nèi)容應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，并提供相應(yīng)幫助。新教材在定律的推導(dǎo)上比舊教材更嚴(yán)謹(jǐn)、更完善，突出了牛頓第三定律在作用。新舊教材在定律的表述上稍有不同。舊版本：自然界中任何兩個(gè)物體都是相互吸引的，引力的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們距離的二次方成反比。新版本：任何兩個(gè)物體之間都存在相互作用的引力，這個(gè)力的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟兩物體之間的距離的平方成反比。相比較，新教材把“自然界”去掉了，就是考慮到“萬有”吧。關(guān)于“月地檢驗(yàn)”，舊教

5、材是以“旁批”的方式，新教材是以“發(fā)展空間物理在線”的方式呈現(xiàn)。但都是要學(xué)生自己去查閱數(shù)據(jù)，通過計(jì)算證明。四、教學(xué)方法與教學(xué)策略建議本節(jié)課的教學(xué)資源準(zhǔn)備：圖片：亞里士多德、開普勒、胡克、哈雷、牛頓的圖片動(dòng)畫：地球圍繞太陽轉(zhuǎn)、月亮圍繞地球轉(zhuǎn)。學(xué)生游戲：通過學(xué)生模擬公轉(zhuǎn)情況，體驗(yàn)規(guī)律的重大力量。學(xué)生預(yù)習(xí)：通讀全文，重點(diǎn)閱讀萬有引力定律推導(dǎo)部分。過程1：課題引入：教師出示：課本46頁“討論交流”的前兩個(gè)話題：為什么蘋果從樹上落向地面而不飛向天空？為什么月亮不會落到地面，而是饒地球運(yùn)動(dòng)？同時(shí)加問一句：蘋果能變成“月球”嗎？學(xué)生討論：學(xué)生充分討論，同時(shí)教師加以引導(dǎo)。（蘋果變月球，本節(jié)課不要得出結(jié)論）教師

6、邊演示邊提問：演示：細(xì)線拉小球在做圓周運(yùn)動(dòng)提問：如果細(xì)線突然斷了，小球?qū)⑷绾芜\(yùn)動(dòng)？既然月亮一直做圓周運(yùn)動(dòng)，那是不是也有一種力來實(shí)現(xiàn)呢？而這種力不同于繩子的拉力，它是無形的，是神秘的。教師出示：課本46頁圖3-2-1。學(xué)生看圖：討論分析。教師提問：維持行星或者月亮運(yùn)行的施力物體是誰？這個(gè)力的大小與什么因素有關(guān)？教師講解： 這些問題其實(shí)也是牛頓從猜測開始思考的關(guān)于引力的問題。從牛頓的名著自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理中可以看到他是這樣思考的：在地面上很高的地方，重力并沒有明顯地減弱，那么把重力作用的高度逐漸延伸到月球軌道上，月球仍受重力的作用，可能就是這個(gè)重力使月亮保持圍繞地球的軌道運(yùn)動(dòng)。牛頓的結(jié)論是：月亮圍

7、繞地球運(yùn)動(dòng)，受到的是地球?qū)λ囊Α６疫@個(gè)力和下落的蘋果受到的力是同種性質(zhì)的力，都是地球?qū)λ鼈兊囊?，并進(jìn)一步證明了行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的向心力也是太陽對行星的引力。過程2：萬有引力定律提問復(fù)習(xí)：開普勒第一、第三定律。向心力公式？一個(gè)簡化：把行星圍繞太陽的運(yùn)動(dòng)軌道近似看成是圓。（推導(dǎo)的立足點(diǎn)）學(xué)生板演：其他學(xué)生獨(dú)立推導(dǎo)。（結(jié)合學(xué)生出現(xiàn)的問題，及時(shí)個(gè)別點(diǎn)評指導(dǎo)）因?yàn)樾行抢@太陽的運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所以太陽對行星的引力F是提供行星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，即：式中r是太陽和行星間的距離，v是行星運(yùn)動(dòng)的線速度，m是行星的質(zhì)量。式中的v用天文觀測很難直接得到，但行星公轉(zhuǎn)周期容易測量，（新教材的說法很好）它們之

8、間的關(guān)系是：，代入上式可得到：由開普勒第三定律可知，是個(gè)常量，則得出結(jié)論：行星和太陽之間的引力跟行星的質(zhì)量成正比，跟行星到太陽的距離的二次方成反比。根據(jù)牛頓第三定律，行星與太陽間的吸引力是相互作用的，是大小相等、性質(zhì)相同的力（一對反作用力）。牛頓認(rèn)為，這個(gè)引力與行星的質(zhì)量成正比，也應(yīng)和太陽的質(zhì)量成正比。（牛頓認(rèn)為應(yīng)該如此，而不是牛頓第三定律的必然結(jié)果，所以這是個(gè)合理推論，其正確性需要驗(yàn)證）如果用表示太陽的質(zhì)量，那么有：，寫成等式有，G是一個(gè)常量，對任何行星都是相同的。當(dāng)將此關(guān)系式運(yùn)用到月球繞地球的運(yùn)動(dòng)，以及其他天體運(yùn)動(dòng)中，發(fā)現(xiàn)它們間的引力跟太陽與行星的引力遵循同樣的規(guī)律。從而牛頓將此規(guī)律推廣到

9、自然界中任意兩個(gè)物體之間，得到具有普遍意義的萬有引力定律。對于行星為什么會如此運(yùn)動(dòng)，是人們長期探索的問題在開普勒的時(shí)代，出現(xiàn)了對天體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)解釋。如：伽利略認(rèn)為一切物體都有合并的趨勢，這種趨勢導(dǎo)致物體做圓周運(yùn)動(dòng)；開普勒認(rèn)為，行星繞太陽運(yùn)動(dòng)，一定是受到來自太陽的類似于磁力的作用；笛卡兒又認(rèn)為行星運(yùn)動(dòng)是因?yàn)樵谛行侵車行D(zhuǎn)的物質(zhì)作用在行星上，在牛頓時(shí)代，對天體運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識更進(jìn)一步。胡克、哈雷認(rèn)為行星繞太陽運(yùn)動(dòng)是因?yàn)槭艿搅颂枌λ囊Γ踔磷C明了行星的軌道是圓形的。行星受到的引力大小跟它到太陽的距離的二次方成反比。但是這種力為什么會形成橢圓軌道，卻沒能從理論上得到證明。在前人研究的基礎(chǔ)上，牛頓站

10、在巨人的肩膀上，提出了行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的根本原因萬有引力定律。 2萬有引力定律 （1）表述：任何兩個(gè)物體之間都存在相互作用的引力，這個(gè)力的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟兩物體之間的距離的平方成反比。 （2）公式表示：（3）引力常量G：教師提問：引力常量G的大小能否計(jì)算？結(jié)合我們熟悉的天體運(yùn)動(dòng)。學(xué)生活動(dòng)：討論設(shè)計(jì)方案。師生共同總結(jié)得出：由月球圍繞地球作圓周運(yùn)動(dòng)，萬有引力提供向心力，可列出方程，代入數(shù)值，可求解G。適用于任何兩個(gè)物體意義：它在數(shù)值上等于兩個(gè)質(zhì)量都是1kg的物體相距1m時(shí)的相互作用力。教師提問：如何用實(shí)驗(yàn)測出引力常量G的大小，引導(dǎo)學(xué)生閱讀P49發(fā)展空間課外閱讀相關(guān)內(nèi)容。G的通常取

11、值為 （4）適用條件 萬有引力定律只適用于質(zhì)點(diǎn)間引力大小的計(jì)算。當(dāng)兩物體間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于每個(gè)物體的尺寸時(shí)，物體可以看成質(zhì)點(diǎn)，直接使用萬有引力定律計(jì)算。 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。 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）過程3：萬有引力定律的驗(yàn)證及意義1、驗(yàn)證：“月地檢驗(yàn)”教師提問：讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)驗(yàn)證方案，證明學(xué)生活動(dòng)：討論設(shè)計(jì)驗(yàn)證方案參閱課本P49發(fā)展空間物理在線相關(guān)內(nèi)容。若時(shí)間允許，則課堂演算。2、發(fā)現(xiàn)萬有引力定

12、律的意義：教師講解：萬有引力定律的建立，第一次揭示了物質(zhì)世界的一種基本相互作用規(guī)律，定律把地面上的運(yùn)動(dòng)與天體的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來，這在人類認(rèn)識自然的歷史上是一座里程碑。在牛頓以前，人們認(rèn)為天體的運(yùn)動(dòng)隱藏著不可認(rèn)知的規(guī)律，牛頓的出色工作使人們建立了一種信念：人們有能力理解天體間的各種事物。過程4：課堂練習(xí)你能立即答出你對地球的引力是多少嗎？說明你回答依據(jù)。課本P49“練習(xí)與評價(jià)”第1和第2題。如圖所示，在半徑cm、質(zhì)量kg的均勻銅球中，挖去一球形空穴，空穴的半徑為，并且跟銅球相切，在銅球外有一質(zhì)量kg、體積可忽略不計(jì)的小球，這個(gè)小球位于連接銅球球心跟空穴中心的直線上，并且在空穴一邊，兩球心相距是m，試

13、求它們之間的相互吸引力。過程5：課堂小結(jié)請同學(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？ （學(xué)生回答）課外拓展：教師播放：“模擬地球圍繞太陽轉(zhuǎn)、月亮圍繞地球轉(zhuǎn)”的動(dòng)畫教師提問：看完之后，能提出什么問題？學(xué)生討論：充分發(fā)散思考，提出問題和猜想，答案不一定統(tǒng)一，引發(fā)學(xué)生在課后繼續(xù)自行探究。教學(xué)設(shè)計(jì)點(diǎn)評：本教學(xué)設(shè)計(jì)充分考慮了新教材的特點(diǎn)，考慮了新舊教材的變化，對這些變化做了充分的思考和理解，并且體現(xiàn)在教學(xué)設(shè)計(jì)上。教學(xué)目標(biāo)制定符合課標(biāo)要求和學(xué)生實(shí)際，特別突出了過程與方法的指導(dǎo)、滲透。在教學(xué)資源方面，充分挖掘了編者的設(shè)計(jì)意圖，并且結(jié)合學(xué)生層次做了處理，資源充足、適用。特別突出的是，本節(jié)課作者將萬有引力定律的推導(dǎo)過程留給學(xué)生比老師