万有引力定律 2 教学设计.doc

沧源民中高一年级 物理 第 4 周 教学设计 2013年 4 月 3 日第六章 万有引力与航天 6.3 万有引力定律 (2课时） 主备教师：徐荣声1、 内容及其解析 本节课的内容是对上一节教学内容的进一步外推，是下一节内容学习的基础；是猜想、假设与验证相结合的教学内容；是一种演绎思维与归纳思维相结合的推理知识建构结构，教科书的立意还在于物理理论必须接受实践的检验。本节内容包括：万有引力的猜想、万有引力的检验：月-地检验、万有引力定律的得出、万有引力定律的检验。其核心为万有引力定律的得出，理解它关键就是要体现牛顿的科学智慧，感受牛顿在推导出万有引力定律过程中的魄力：从研究太阳与行星之间的引力，想到普遍意义上的万有引力定律。教学的重点是理解并掌握万有引力定律，解决重点的关键是多练习、多做题。 二、目标及其解析 1、目标定位 （1）了解万有引力定律发现的思路和过程。 （2）理解万有引力定律，并能进行一些简单的计算。 （3）了解万有引力定律发现的意义。 2、目标解析（1）了解万有引力定律发现的思路和过程，就是要知道“天上”的力与“人间”的力出于同一本源。 ( 2）知道万有引力是一种存在于所有物体之间的吸引力，清楚万有引力定律的适用范围。会用万有引力定律解决如太阳-行星模型、地-月模型等的简单计算，要知道万有引力定律公式中的r的物理意义，了解引力常量G的测定在科学历史上的重大意义。 (3) 体会在科学规律发现过程中猜想与求证的重要性，了解万有引力定律对物理学、天文学的发展具有深远的影响，从而体会大自然的奥秘。3、 问题诊断分析 在本节课的教学中，学生可能遇到的问题是：对定理与定律的区别分析理解不清楚。不理解推理知识结构的过程，产生这一困难原因是猜想、假设与验证相结合的能力差。要解决这一困难，就要培养学生研究问题时，能抓住主要矛盾，简化问题，建立理想模型的处理问题的能力。其中关键是训练学生透过现象（行星的运动）看本质（受万有引力的作用）的判断、推理能力。四、教学支持条件分析本节课的教学中准备使用课件 。因为使用课件，有利于学生从视觉上了解、感受陌生的天体。五、教学过程设计问题1：”天上”和“人间”的力是否遵从相同的规律？设计意图：激发学生的学习兴趣，引发学生积极思考。小问题：为什么行星不能飞离太阳，月亮不能飞离地球，苹果成熟总会掉回地面？(一) 牛顿对引力的思考，对定律的推导他对天体和地球的引力确实作过深入的思考。牛顿经过长期观察研究，产生如下的假想：太阳、行星以及离我们很远的恒星，不管彼此相距多远，都是互相吸引着，其引力随距离的增大而减小，地球和其他行星绕太阳转，就是靠引力维持。同样，地球不仅吸引地面上和表面附近的物体，而且也可以吸引很远的物体（如月亮），其引力也是随距离的增大而减弱。牛顿进一步猜想，宇宙间任何物体间都存在吸引力，这些力具有相同的本质，遵循同样的力学规律。首先，要证明太阳的引力与距离平方成反比，牛顿凭着他对于数学和物理学证明的惊人创造才能，大胆地将自己从地面上物体运动中总结出来的运动定律，应用到天体的运动上，结合开普勒行星运动定律，从理论上推导出太阳对行星的引力F与距离r的平方成反比，还证明引力跟太阳质量M和行星质量m的乘积成正比，即 牛顿再研究了卫星的运动，结论是：它们间的引力也是与行星和卫星质量的乘积成正比，与两者距离的平方成反比。，其大小都与两者间距离的平方成反比。（二）、月-地检验： 牛顿设想，某物体在地球表面时，其重力加速度为g，若将它放到月球轨道上，让它绕地球运动时，其向心加速度为a。如果物体在地球上受到的重力F1，和在月球轨道上运行时受到的作用力F2，都是来自地球的吸引力，其大小与距离的平方成反比，那么，a和g之间应有如下关系：（3） 万有引力定律1、内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。2、公式：3、各物理量的含义及单位：F：为两个物体间的引力，单位：N. m1、m2：分别表示两个物体的质量 ，单位：kgr：为它们间的距离，单位：m G：为万有引力常量：G=6.6710-11 Nm2/kg2，单位：Nm2/kg2. 4、万有引力定律的理解 万有引力F是因为相互作用的物体有质量而产生的引力，与初中学习的电荷间的引力、磁极间的引力不同。强调说明：A.万有引力的普遍性万有引力不仅存在于星球间，任何客观存在的有质量的物体间都存在这种相互吸引的力B.万有引力的相互性两个物体相互作用的引力是一对相互作用的作用力与反作用力，它们大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上C.万有引力的宏观性在通常情况下，万有引力非常小，只有在质量巨大的星球间或天体与天体附近的物体间，它的存在才有实际的物理意义D.万有引力的独立性两物体间的万有引力只与它们本身的质量有关，而与所在空间的性质无关，也与周围有无其他物体无关 r为两个物体间距离： A、若物体可以视为质点，r是两个质点间的距离。 B、若是规则形状的均匀物体相距较近，则应把r理解为它们的几何中心的距离。C、若物体不能视为质点，则可把每一个物体视为若干个质点的集合，然后按万有引力定律求出各质点间的引力，再按矢量法求它们的合力。 G为万有引力常量，在数值上等于质量都是1kg的两物体相距1m时的相互作用的引力 例题1、当时已经比较精确地测定月球与地球的距离r384400km、月球的公转周期为27.3天。我们想一个可行的方法，测出月球轨道上某物体的加速度。解析：变式训练1、物体的质量为m，放在月球轨道上时，受到地球的引力多大？放在地球表面时，受到的引力（可认为等于重力）多大？它们的比值是多大？解析：物体在地球表面上时所受地球引力为：物体放在月球轨道上时所受地球引力为： 则比值为： = 602（4） 引力常量 牛顿发现了万有引力定律，却没有给出引力恒量的数值。由于一般物体间的引力非常小，用实验测定极其困难。直到一百多年之后，才由英国的卡文迪许用精巧的扭秤测出。（1）用扭秤测定引力恒量的方法卡文迪许解决问题的思路是：将不易观察的微小变化量，转化为容易观察的显著变化量，再根据显著变化量与微小量的关系，算出微小变化量。问：卡文迪许扭秤实验中如何实现这一转化？设计意图：帮助学生了解引力常量的得来。测引力（极小）转化为测引力矩，再转化为测石英丝扭转角度，最后转化为光点在刻度尺上移动的距离（较大）。根据预先求出的石英丝扭转力矩跟扭转角度的关系，可以证明出扭转力矩，进而求得引力，确定引力恒量的值。（2）卡文迪许在测定引力恒量的同时，也证明了万有引力定律的正确性。6、 本课小结本节课重点学习了万有引力定律的内容、表达式、理解以及简单的应用重点理解定律的普遍性、普适性，对万有引力的性质有深层的认识对万有引力定律的理解应注意以下几点：（1） 万有引力的普遍性。它存在于宇宙中任何有质量的物体之间，不管它们之间是否还有其他作用力。（2） 万有引力恒量的普适性。它是一个仅和m、r、F单位选择有关，而与物体性质无关的恒量。在国际单位制中，G=。（3） 两物体间的引力，是一对作用力和反作用力。万有力定律只适用于质点和质量分布均匀球体间的相互作用。7、 目标检测1、要使两物体间万有引力减小到原来的1/4,可采用的方法是( )A.使两物体的质量各减少一半,距离保持不变 B.使两物体间距离增至原来的2倍,质量不变 C.使其中一个物体质量减为原来的1/4,距离不变D.使两物体质量及它们之间的距离都减为原来的1/4答案：ABC2、地球表面重力加速度为，物体在距离地心4R(R是地球的半径）处，由于地球的作用而产生的加速度为g，则为（ D）A. 1 B 1/9 C. 1/4 D. 1/16提示：两处的加速度各由何力而产生？满足何规律？ 解析：地球表面处的重力加速度和在离地心高4R处的加速度均由地球对物体的万有引力产生，所以有： 地面上： 离地心4R: 由两式得 规律总结：由 得到 是解决万有引力问题经常用到的代换公式，也叫黄金代换，须引起足够的重视3、关于万有引力常量G,以下说法正确的是（ ）A.在国际单位制中，G的单位是Nm2/kgB.在国际单位制中,G的数值等于两个质量各1kg的物体，相距1时的相互吸引力C.在不同星球上，G的数值不一样D.在不同的单位制中,G的数值不一样答案：BD8、 配餐作业A 组完成课本后面的练习P41的1,2,3题B 组1.关于万有引力定律的正确说法是( B )A.天体间万有引力与它们的质量成正比，与它们之间的距离成反比B.任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离平方成反比C.万有引力与质量、距离和万有引力恒量都成正比D.万有引力定律对质量大的物体适用，对质量小的物体不适用2、下列说法正确的是( C )A.万有引力定律是卡文迪许发现的。 B . 中的G是一个比例常数，是没有单位的。 C.万有引力定律适用于两个质点之间引力计算 D.不能看作质点的两物体间不存在万有引力3、已知地球质量大约是，地球半径为km，地球表面的重力加速度求：（1）地球表面一质量为10kg物体受到的万有引力？ （2）地球表面一质量为10kg物体受到的重力？ （3）比较万有引力和重力？C 组1右图所示，a、b是两颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，它们距地面的高度分别是R和2R(R为地球半径)下列说法中正确的是()Aa、b的线速度大小之比是 1Ba、b的周期之比是12Ca、b的角速度大小之比是34Da、b的向心加速度大小之比是49解析：两卫星均做匀速圆周运动，F万F向，向心力选不同的表达形式分别分析，由m得，A错误；由mr2得，B错误