2019-2020年高中物理 《6.3 万有引力定律》教学设计 新人教版必修2

1、2019-2020年高中物理6.3万有引力定律教学设计新人教版必修2教学目标a）体会物理研究中猜想与验证的魅力，能够踏着牛顿的足迹了解月地检验。b）进一步大胆地推导得出万有引力定律。c）了解引力常量的测量及意义。教学重点1. 万有引力推导的过程。2. 万有引力公式的体会及应用。3. 引力常量的有关知识。教学难点（一）万有引力推导的过程。（二）万有引力公式的体会及应用。教学过程一、引入师：通过上节课的学习我们了解到：行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力是由太阳与行星间的引力提供的，引力大小为，与两星体质量的乘积成正比，与两星体距离的平方成反比。师：牛顿接着又思考：月球绕地球做匀速圆周运动的向心力是不

2、是类似地由地球与月球间的引力提供？地球和月球间的引力与太阳和行星的引力会不会是同一性质的力，遵循同一规律呢？师：正当牛顿在思考这个问题时，苹果偶然落地引起了他的遐想。苹果之所以会落回地面是因为地球对苹果的吸引力，还有即使把苹果放到最高的建筑物或最高的山顶上，苹果的重力也不会明显地减弱，说明地球对苹果的吸引力必定延伸到远得多的地方。那如果把苹果放到月球所在的位置，它们应该还会受到地球给它的重力。按这样的说法，月球肯定会受到地球给它的重力的，那我先前思考的地球对月球的引力就应该就是月球受到的重力，月球绕地球做圆周运动的向心力就是由月球受到的的重力提供的。于是牛顿作了一个大胆的猜想：地球对苹果的力、

3、地球对月球的力及太阳对行星的力可能是同一种性质的力，它们可能遵循相同的规律。二、月地检验师：猜想必须由事实来验证。由于当时已经能够精确测定地球表面的重力加速度g=9.8m/s2，也能比较精确地测定月球与地球的距离为60倍地球半径，r=3.8*10sm；月球公转的周期为27.3天。所以牛顿就想到了月地检验。师：如果你是牛顿，你如何利用这些已知量对你的猜想进行验证呢？学生思考，教师巡视，应该有不少学生能够思考出来一点头绪。如果它们是同一种性喷的力，满定同一规律则对于苹果必有对于地球对月球的引力即向"艇廿猛，则向心加速度沟m36004一：而根据实验观测数据T=27.3天，r-3.8*10L

4、m.用公式1亠工'1CT切广厂【实验结论】：实验表明，地面物体所受地球的引力，月球所受地球的引力，以及太阳与行星间的引力，真的遵循的规律三、万有引力师：在月地检验后，牛顿作了更大胆的设想：是否任意两个物体之间都存在这样的引力？很可能是一般物体的质量比天体质量小得多，它们之间的引力我们不易觉察罢了。于是牛顿将结论大胆推广到宇宙中的一切物体：自然界中任何两个物体之间都相互吸引，引力大小与mim2乘积成正比，与成反比，即。师：尽管这个推广是什么自然的，但仍要接受事实的直接或间接的检验。本章后面的讨论表明，由此得出的结论与事实相符，于是它成为科学史上最伟大的定律之一万有引力定律。它于1687年

5、发表在牛顿的传世之作自然哲学的数学原理中。师：万有引力定律清楚地向人们揭示，复杂运动的后面隐藏着简洁的科学规律，它明确地向人们宣告，天上和地上的物体都遵循着完全相同的科学法则。师：万有引力定律的发现有着重要的物理意义：它对物理学、天文学的发展具有深远的影响；它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一起来；对科学文化发展起到了积极的推动作用，解放了人们的思想，给人们探索自然的奥秘建立了极大信心，人们有能力理解天地间的各种事物。注意：（一）此公式适用于可视为质点的两物体间的引力的计算。（1）如果两物体间的距离远远大于物体本身大小，则两物体看作质点;（2）对于均匀球体，可视为质量集中于球心。（二）

6、对于不能视为质点的物体，可以将物体无限分割成无数个点。（三）太阳对地球的吸引力与地球对太阳的吸引力哪个大？（四）（五）（六）2019-2020年高中物理6.4万有引力理论的成就教学设计新人教版必修2课题6.4万有引力理论的成就备课时间上课时间总课时数课程目标知识与技能了解万有引力定律在天文学上的应用会用万有引力定律计算天体的质量和密度掌握综合运用万有引力定律和圆周运动学知识分析具体问题的方法过程与方法通过求解太阳地球的质量，培养学生理论联系实际的运用能力情感态度与价值观通过介绍用万有引力定律发现未知天体的过程,使学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辨证唯物主义观点教学重点1、行星绕太

7、阳的运动的向心力是由万有引力提供的。2、会用已知条件求中心天体的质量。教学难点根据已有条件求中心天体的质量。教学过程二次备课引入新课教师活动：上节我们学习了万有引力定律的有关知识，现在请同学们回忆一下，万有引力定律的内容及公式是什么？公式中的G又是什么？G的测定有何重要意义？学生活动：思考并回答上述问题：教师活动：万有引力定律的发现有着重要的物理意义：它对物理学、天文学的发展具有深远的影响；它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一起来；对科学文化发展起到了积极的推动作用，解放了人们的思想，给人们探索自然的奥秘建立了极大信心，人们有能力理解天地间的各种事物。这节课我们就共同来学习万有引力定律

8、在天文学上的应用。新课讲解新课讲解、“科学真实迷人”教师活动；引导学生阅读教材“科学彳实谜人“孑分的內容，思考问题k推导出地球质量的表込式，说唄卡文迪许曲什么能把自己的实验说成雄“称量地球的重量"？例；设地面附近的重力力遠度驴冨-一述球半径H&4X1血b引力常豊G=(5.67X10-：Xm:kg2,试(古宀：；的质量-"七6.6-,10-二、计算天体的质量教师活动：引导学生阅读教材“天体质量的计算”部分的内容，同时考虑下列问题1、应用万有引力定律求解天体质量的基本思路是什么？2、求解天体质量的方程依据是什么？学生活动：学生阅读课文第一部分，从课文中找出相应的答案1、

9、应用万有引力定律求解天体质量的基本思路是：根据环绕天体的运动情况，求出其向心加速度，然后根据万有引力充当向心力，进而列方程求解.2、从前面的学习知道，天体之间存在着相互作用的万有引力，而行星(或卫星)都在绕恒星(或行星)做近似圆周的运动，而物体做圆周运动时合力充当向心力，故对于天体所做的圆周运动的动力学方程只能是万有引力充当向心力，这也是求解中心天体质量时列方程的根源所在.教师活动：请同学们结合课文知识以及前面所学匀速圆周运动的知识，加以讨论、综合，然后思考下列问题。学生代表发言。1. 天体实际做何运动?而我们通常可认为做什么运动？2. 描述匀速圆周运动的物理量有哪些？3. 根据环绕天体的运动

10、情况求解其向心加速度有几种求法？4. 应用天体运动的动力学方程一一万有引力充当向心力求出的天体质量有几种表达式?各是什么?各有什么特点？5. 应用此方法能否求出环绕天体的质量？学生活动：分组讨论，得出答案。学生代表发言。1. 天体实际运动是沿椭圆轨道运动的，而我们通常情况下可以把它的运动近似处理为圆形轨道，即认为天体在做匀速圆周运动.2在研究匀速圆周运动时，为了描述其运动特征，我们引进了线速度v,角速度W，周期T三个物理量.3根据环绕天体的运动状况，求解向心加速度有三种求法.即：(1) a=(2)a=32r(3)a=4n2r/T2心心心4. 应用天体运动的动力学方程一一万有引力充当向心力，结合

11、圆周运动向心加速度的三种表述方式可得三种形式的方程，即(1) F=G=F二ma=m.即：G引心心(2) F=G=F=ma=mw2r即：G=mw2r引心心(3) F=G=F=ma=m即：G=m引心心从上述动力学方程的三种表述中，可得到相应的天体质量的三种表达形式：(1)M=V2r/G.(2)M=w2r3/G.(3)M=4n2r3/GT2.上述三种表达式分别对应在已知环绕天体的线速度v,角速度3,周期T时求解中心天体质量的方法.以上各式中M表示中心天体质量,m表示环绕天体质量，r表示两天体间距离，G表示引力常量.从上面的学习可知，在应用万有引力定律求解天体质量时，只能求解中心天体的质量，而不能求解

12、环绕天体的质量。而在求解中心天体质量的三种表达式中，最常用的是已知周期求质量的方程。因为环绕天体运动的周期比较容易测量。投影例题：把地球绕太阳公转看做是匀速圆周运动，平均半径为1.5X10Hm，已知引力常量为：G=6.67X10-iiNm2/kg2，贝V可估算出太阳的质量大约是多少千克？（结果取一位有效数字）分析：题干给出了轨道的半径，虽然没有给出地球运转的周期，但日常生活常识告诉我们：地球绕太阳一周为365天。故：T=365X24X3600s=3.15X107s由万有引力充当向心力可得：G=m故：M二代入数据解得M=kg=2X1030kg教师活动：求解过程，点评。三、发现未知天体教师活动：请同学们阅读课文“发现未知天体”部分的内容，考虑以下问题1、应用万有引力定律除可估算天体质量外，还可以在天文学上有何应用？2、应用万有引力定律发现了哪些行星？学生活动：阅读课文，从课文中找出相应的答案：1、应用万有引力定律还可以用来发现未知的天体。2、海王星、冥王星就是应用万有引力定律发现的。教师活动：引导学生深入探究人们是怎样应用万有引力定律来发现未知天体的?发表你的看法。学生活动：讨论并发表见解。人们在长期的观察