万有引力定律学案

高一物理课堂教学学案年月曰课题：7・3万有引力定律课型：新授课教学目标：知识与技能1、了解万有引力定律得出的思路和过程。2、知道任何物体间都存在着万有引力，知道万有引力定律公式适用范围。3、会用万有引力定律解决简单引力计算问题，知道公式中r的物理意义。过程与方法了解万有引力定律发现的意义，体会在科学规律发现的过程中猜想与求证的重要性。情感、态度与价值观通过牛顿在前人基础上发现万有引力定律的过程，说明科学研究的长期性、连续性、艰巨性。教学重点、难点教学重点万有引力定律的理解和应用。教学难点万有引力定律得出的思路和过程。教学方法:探究、讲授、讨论、练习教学过程：一、引入：1、课堂检测：太阳与行星间引力太阳与行星间引力的大小与、成正比，与两者间成反比,引力方向沿着o表达式F=或o2、情境引入：下图是牛顿与苹果的故事，请讲述。__欢迎正载、新课教学这种想法是否正确呢？牛顿做了著名的月地检验实验。（一）、月地检验学生活动：阅读卩3的容，分组讨论并回答问题。问题1、月地检验的目的是什么？问题2、月地检验的原理是怎样的？问题3、怎样验证？教师指导：（1）若假设成立：地球对地面上物体的引力F=mg二，地球对月球轨道上物体的引力F=据牛顿第二定律有:g=,a=,则a/g=,a=（地表重力加速度：g=9.8m/s2,月亮轨道半径：r=60R）（2）实际观测计算：当时已知的一些量月亮公转周期：T=,月球绕地球公转轨道半径：r=3.8X108m则a=归纳：（二）、万有引力定律万有引力定律1、内容：2、表达式：G为，r为两物体的中心距离。3、公式适用条件：牛顿得出了万有引力但并未得出引力常量的值（三）、引力常量1、1、物理学家测出了G的值2、G=3、G值的物理含义：两个质量为1kg的物体相距1m时，它们之间万有引力为6.67X10-11N三、典型例题例1、粗略的计算一下两个质量为50kg，相距0.5m的人之间的引力？四、跟踪练习：1.关于万有引力，下列说法中正确得是：()万有引力只有在天体之间才体现出来一个苹果由于其质量很小，它受到地球的万有引力几乎可以忽略地球对人造卫星的万有引力远大于卫星对地球的万有力地球表面的大气层是因为万有引力的约束而存在于地球表面附近优秀学习资料__欢迎下载4、第一次通过实验比较准确地测出万有引力常量的科学家是()A、英国的胡克B、英国的牛顿C、意大利的伽利略D、英国的卡文迪许5、地球的半径为R,地球表面处物体所受的重力为mg,近似等于物体所受的万有引力。关于物体在下列位置所受万有引力大小的说法中，正确的是()离地面咼度R处为4mg离地面咼度R处为离地面高度2R处为离地面咼度2R处为4mg2五、课堂小结万有引力定律(G=6.67X10-11N・m2/kg2)公式适用条件：①②六、作业布置七、科学漫步2.要使两物体间的万有引力减小到原来的1/4，下列办法可采用的是()使两个物体质量各减小一半，距离不变使其中一个物体的质量减小到原来的1/4，距离不变使两物体的距离增为原来的2倍，质量不变距离和两物体质量都减小为原来的1/43.操场两边放着半径为sr2,质量分别为m「m2的篮球和足球，两者的直线间距为r,这两球间的万有引力大小为(mmG—r2mm大于G—-r2C.小于Gmm+2-r2D.无法判断牛顿生平艾萨克•牛顿爵士是人类历史上出现过的最伟大、最有影响的科学家，同时也是物理学家、数学家和哲学家,晚年醉心于炼金术和神学。他在1687年7月5日发表的不朽著作《自然哲学的数学原理》里用数学方法阐明了宇宙中最基本的法则万有引力定律和三大运动定律。这四条定律构成了一个统一的体系，被认为是“人类智慧史上最伟大的一个成就”，由此奠定了之后三个世纪中物理界的科学观点，并成为现代工程学的基础。牛顿为人类建立起“理性主义”的旗帜，开启工业革命的大门。牛顿逝世后被安葬于威斯敏斯特大教堂，成为在此长眠的第一个科学家。卡文迪军扭秤实验实验原理原理利用了二次放大法尽可能地增大了T型架连接两球的长度使两球间万有引力产生较大的力矩,使杆偏转尽力的增大弧度尺与系统的距离使小镜子的反射光在弧线上转动了较大角度引力常量G=6.67*10A-ll演示卡文讷许扭秤实验1797年夏，英凰物理学家卡文迪许(H.Cavendish)着手改进米歇尔的纽秤并开始实验。1798年，卡文迪许利用扭秤，成功地测出了引力常量的数值，证明了万有引力定律的正确。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的变化量实验原理卡文迪许用一个质量大的铁球和一个质量小的铁球分别放在扭秤的两端。扭秤中间用一根韧性很好的钢丝系在支架上，钢丝上有个小镜子。用激光照射镜子，激光反射到一个很远的地方，标记下此时激光所在的点。用两个质量一样的铁球同时分别吸引扭秤上的两个铁球。由于万有引力作用。扭秤微微偏转。但激光所反射的远点却移动了较大的距离。他用此计算出了万有引力公式中的常数Go此实验的巧妙之处在于将微弱的力的作用进行了放大。尤其是光的反射的利用在卡文迪许的实验中利用了一个扭秤，典型的设计可由一根石英纤维悬挂一根载有质量为m及m的两个小球的杆而组成。每个小球距石英纤维的距离r相等。当一个小的可测量的扭矩加在这个系统上时,在石英丝上可以引起扭转，记下这个扭转值可以标定扭秤。我们可以利用这个扭矩，它是由具有恒定的、作用力已知的弹簧在m的位置上施加一个水平的力而组成。如果质量为m'的两个物体分别位于与质量为m的两个小球的水平距离很小的位置上，我们可以观测到石英丝的旋转，如右图所示。我们可以决定m'与M距离r,然后求施加在杆的端点的水

-一欢迎正载平方向上的力，由此确立加在石英丝的力矩，从而求得万有引力的大小.从质量m的测量所得的偏离，再根据上面所说到的，由石英丝旋转大小而取得的扭秤的标定，我们可以决定F之值。由于我们可以测量F,r以及m,nf,现在在方程F=(G*m*nT)/("2)中除了G以外，所有量都是已知的，于是可从方程直接求出G,其值为G=6.7x10A(-ll)(N*mA2)/(kgA2)。(AAB表示A的B次方)实验由来牛甄认为公式中的引力常数G是普适常数，不受物体的形状、大小、地点和温度等因素影响引力常数的准确测定对验证万有引力定律将提供直接的证据。英国物理学家卡文迪许(H.Cavendish1731-1810)根据牛顿提出的直接测量两个物体间的引力的想法，采用扭秤法第一个准确地测定了引力常数。卡文迪许实验所用的扭秤是英国皇家学会的米歇尔神父制作的。米歇尔制作扭秤的目的是为了测定地球的密度，并与卡文迪许讨论过这一问题。但是，米歇尔还未用它来进行测定，便去世了。米歇尔去世后，这架仪器几经辗转传到了创桥大学杰可逊讲座教授沃莱斯顿神父手里,他又慷慨地赠送给了卡文迪许，这时卡文迪许已是年近古稀的老人了。卡文迪许首先根据自己实验的需要对米歇尔制作的扭秤进行的分析，他认为有些部件没有达到他所希望的方便程度，为此，卡文迪许重新制作了绝大部分部件，并对原装置进行了一些改动。卡文迪许认为大铅球对小铅球的引力是极其微小的，任何一个极小的干扰力就会使实验失败。他发现最难以防止的干扰力来自冷热变化和空气的流动。为了排除误差来源，卡文迪许把整个仪器安置在一个关闭房间里，通过望远镜从室外观察扭秤臂杆的移动。扭秤的主要部分是一个轻而坚固的T形架，倒挂在一根金属丝的下端。T形架水平部分的的两端各装一个质量是m的小球，T形架的竖直部分装一面小平面镜M,它能把射来的光线反射到刻度尺上，这样就能比较精确地测量金属丝地扭转。实验时，把两个质量都是nT的大球放在如图所示的位置，它们跟小球的距离相等。由于m受到nT的吸引，T形架受到力矩作用而转动，使金属丝发生扭转，产生相反的扭转力矩，阻碍T形架转动。当这两个力矩平衡时，T形架停下来不动。这时金属丝扭转的角度可以从小镜M反射的光点在刻度尺上移动的距离求出，再根据金属丝的扭转力矩跟扭转