统编人教版高中必修第二册《2万有引力定律》名师精品教案教学设计

1、第七单元课题：7.2万有引力定律课时教案总第 案教学目标 核心素养物理观念：知道太阳与行星间存在引力，了解万有引力定律得出的过程和思路.科学思维：理解万有引力定律内容、含义及适用条件。科学思维：能用万有引力定律解决实际问题科学探究：知道万有引力常量的大小及测量方法教学重点1.万有引力定律得出的过程和思路2.万有引力定律内容、含义及适用条件3.万有引力定律的应用教学难点1.万有引力定律得出的过程和思路2.万有引力定律内容、含义及适用条件3.万有引力定律的应用高考考点课型新授教具教法教 学 过 程教学环节教师活动预设学生活动预设2020年月日引言：开普勒三定律揭示了行星的运动规律，行星为什么要做

2、这样的运动，是什么力量支配着行星绕太阳做如此和谐、有规 律的运动呢？历史上科学冢们的探索之路充满着坎坷与艰辛。 教师活动：引导学生阅读教材第二、三段，思考下面的问题：在研究行星绕太阳运动的这一问题上，伽利略、开普勒、 笛卡尔都提出过自己的解释，牛顿时代的科学家如胡克、哈雷 等也作出过重要贡献，甚至证明出了如果行星的轨道如果是圆 形，那引力点的大小跟行星到太阳距离的二次方成反比。最终学习科学冢们不畏 艰辛、刻苦专研的 精神。教学环节教师活动预设学生活动预设学生阅读课文，讨论，从课文中找出相E应的答案。代表发言。教师听取学生代表的见解，点评、总结。（当时没有关于运动和力的清晰概念。牛顿善于发现问题

3、、善 于解决问题）本节课我们开始，追寻科学先贤的足迹，用自己的手和脑，重新“发现万后引力定律”。一、行星与太阳间的引力.太阳对行星的引力教师引导学生阅读教材，让学生在练习本上独立推导：行星绕太阳作匀速圆周运动，写出行星需要的向心力表达式， 并说明式中符号的，物理意义。行星运动的线速度o与周期T的关系式如何？为何要消去0?写出消去r后的向心力表达式。如何应用开普勒第三定律消去周期T?为何要消去周期T?写出引力F与距离7的比例式，说明比例式的意义。F = 4：7r-kTT即：引力与行星的质量加成正比，与二者间距离的平方建成反比。.行星对太阳的引力行星对太阳的引力与太阳的质量M以及行星到太阳的距离-

4、1,c - /r zrT c学生阅读教材P50 内容，完成推导阅读课本P50左侧 内容，对学生教 育，要学习科学冢 们不断探索的精 神。教学环节教师活动预设学生活动预设写成等式：F = g9力的方向沿二者连线，G与太阳和7行星的质量无关。二、月一地检验以上分析我们依据开普勒定律和圆周运动的规律得出了太阳与 行星间的引力关系，因此它只适用于太阳与行星之间，地面上 的物体是什么力使得它不能离开地球呢？它们之间是否属于同 一种力呢？1.假定使月球围绕地球的力和太阳与行星间的作用力是同一种 力；则应满足：F = G上空也7为轨道半径T根据牛顿第二定律，月球绕地球做圆周运动的向心加速度：月G产2.假设地

5、球对苹果的吸引力也是同一种力。同理可得：步=6粤 R为地球半径 m 平 R-由可得：0=二厂由于月球与地球中心的距离r约为地球半径R的60倍 所以有：。月 1苹 602验证：a=g = 9.8m/s27 =3.8xl0sm公转周期 T=27.3d=2.36 x 10s教学环节教师活动预设学生活动预设将数据r和T带入公式叫二呆-丁 得：月=2.69x10-3m/s?一月_ “月_1 三 1点一了一一瞪计算结果和假设符合得很好，这表明地面物体所受地球引力、 月球所受地球引力，与太阳和行星间的作用力遵从相同的规律。 三、万有引力定律.思想：思想进一步解放，将以上规律推广到宇宙中的一切有 质量的物体之

6、间，称之为万有引力定律。.内容：自然界的任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它 们的连线上，引力的大小与物体的质量M和的乘积成正比， 与它们F=G四a 之间距离r的二次方成反比。T1表达式：此处应让学生明确各物理量的意义和单位。表达式适用于 任何有质的两个物体之间。学生阅读课本相 关内容，了解G 的由来。r :两物体间的距离;11和两物体的质量，单位：kg G:引力常量.适用条件。适用于计算两个质点间的万有引力，当两物体间的距离远大 于物体本身大小时，物体可以看做质点，公式中的r表示两质 点间的距离。适用于计算两个均匀球体间的万有引力，公式中的r为两球 心间的距离。牛顿应用微积分的方法得出，距

7、离为两球心间的距离（此处要介绍,科学的发现过程常常是“大胆的假设和严格 求证”的结合，再引入合理的模型，深刻的洞察力、严谨的数学 处理和逻辑思维。是一个充满曲折和艰辛的过程）思考：若将物体放于地心处，物体所受到的万有引力是多少？（零，根据对称性得。）适用于计算一个质量分布均匀的球体与求外一个质点间的万有引力，公式中的工表示质点到球心的距离。4 .性质 。普遍性：适用于宇宙间一切有质量的物体间，是自然界中物 体间的相互作用之一；为什么我们之间没有感觉到这种力的存在呢？完成教材P54练 两种原因：1 ,作用力小；2,任意每个物体都有这种力，相互抵消。习与应用1相互性：力的相互性注：两不接触的物体间

8、的万有引力同样服从牛顿第三定律。宏观性：质量巨大的物体间作用力才有宏观的物理意义，质完成教材P52思量微小的粒子间万有引力忽略不计。考与讨论。特殊性：两物体间的万有引力，只与他们本身的质量，两者Mm间的距离有关，与所在空间的性质无关，与周围其他物体是否 存在无关。例：如图所示，质量分布均匀的实心球质量为半径为R,与另一个质量为m,质量分布均匀 的实心球相距为dQ求阅读教材P53拓 展学习，了解引 力常量的测量过 程。两个球之间的万有引力。从M球上靠边缘处挖去一个直径为R的球，求两物体间的万有引力。解：由万有引力定律得：正=也挖去球的质量设为“，贝= T3乃-；= 士- 3 2)83山和坎,间的

9、万有引力AF = G- 1万有引力F = F AF = GMih丝7一-，挖去后两物体间的/ 1 _ 1卜2(24 扪教学环节教师活动预设学生活动预设四、引力常量学生依据量纲知 识，结合万有引 力定律表达式记 忆单位。100多年以后，即1798年，英国物理学冢卡文迪许通过扭秤实验测量几个铅球之间的引力得出G = 6.67xlO-i】Nm2/kg2。万有引力常量测量的意义：。成为万有引力定律正确性的重要依据；没有G的测出，万有引力定律在许多问题的应用上受到限制， 故G的测出使得万有引力定律在天文学的发展上起了重要作用。五、重力与万有引力的关系由重力的定义分析引入：物体随地球自转有向心力。分析地面

10、上任一物体受力情况分析：重力只是万有引力的一个分力，另一个分力提供物体随地球做圆周运动的向心力，从赤 道到两极自转半径越来越小，所需的向心力随之变小， 重力变大。所以随着纬度的升高，物体的重力越大 重力加速度也越大。在两极向心力为零，重力等于万有引力，即 F）j=mg赤道：重力和向心力方向相同，有：通常情况下（除两极外），mg均小于F万，由于R相对万有引力较小，所以通常认为F万nMill - f 日GM即：7g=G化简行：g =。R-R在地面上方高人处：由万有引力定律可得：川g二- (R + ”厂化简得:g=扁可得:重力加速度g随着高度的升高而变小。教学环节教师活动预设学生活动预设说明：上面两

11、个表达式不仅适用于地球，亦适用于其它星 球，g表示表面的重力加速度和高h处的重力加速度M表示 星球质量。由& = 614/1 - GM = gR2黄金代换式，题目中知道 g和R时，可将GM代换成gR二。例：某星球的密度与地球相同，但其表面的重力加速度是地球 表面的4倍，求该星球的质量是地球质量的多少倍？解析：g与星球质量和半径有关，p相同，得出R的关系即可。方法1 :比例式解题M = pV=-R3-Min/QGM由xig-G将：屋mKK将代入上式可得：g=4G斗 0c r3因：Z星=4g地所以R星=4R培由两式可得：M星=64R地方法2 :解：设星球质量为M至，半径R至，重力加速度g星,地球质

12、量A4地,半径R地,重力加速度g地o-r/BGA4j.GA4.可得：g地#8星#K地K星两式相比可得：R星=4R地因：A4星=pV星=乃0:夕河地=夕匕也=:乃&夕教学环节教师活动预设学生活动预设两式相比可得：迫 乂地相将。带入可得：V星=64R地变式1:火星的半径是地球半径的一半，火星的质量约是地球质 量的1/9 ,那么地球表面50kg的物体受到地球的吸引力约是火 星表面同质量物体受到火星引力的多少倍？（地球表面 g = 9.8m/s2 ）在火星表面受到的重力是多少？如宇航员在地球表面能跳起1.5m高，他在火星能跳多高？ 解：。设地球表面重力加速度g地，火星表面重力加速度g火。 由万有引力定律得：月也=0处地R/人