高中物理教科版第三章万有引力定律万有引力定律

教科版必修2第三章第二节万有引力定律教学设计北京市第十中学宋东明一、设计思想本节课的设计主旨在让学生通过万有引力定律的得出思路和过程来了解科学的研究方法，感受牛顿等科学家的创新思维、大胆猜测、和深刻的洞察力以及牛顿超凡的数学能力；同时通过学生自己的思考推导得出万有引力定律的数学表达式理解万有引力定律的内容；通过了解卡文迪许测量万有引力常量实验的设计思想和伟大意义。二、教材分析本节内容安排在天体运动之后，目的是通过已知的天体的运动的规律，追寻牛顿的足迹探究地球与月球、地球与地面物体、物体与物体间的作用力规律。重在通过让学生以自己的知识经历一次“发现”万有引力定律的过程，发展学生的科学思维。万有引力定律的发现是物理学上的一个创举，是本章的重点内容，也是后面万有引力定律应用的基础，理清此定律的由来、适用范围对以后的综合应用至关重要。三、学情分析高一的学生学习兴趣比较浓厚，他们的观察不只停留在一些表面现象，且相比较初中生具有更深层次的探究愿望。在思维方式上由初中形象思维为主向高中抽象思维为主过渡，已经能通过一些思维的引导做一些逻辑的推理。本节主要介绍万有引力定律的产生过程，学生通过上节内容的学习已知天体之间的运动规律的知识。但不能把物体在地球上受到的重力与星体等的引力本质上是一样的进行迁移。因此这部分内容将是本节课的一个难点。四、教学目标知识与技能1、了解万有引力定律得出的思路与过程2、理解万有引力定律的含义、数学表达式；在简单情景中能计算万有引力。3、知道卡文迪许测量万有引力常量实验的设计思想及其伟大意义。过程与方法1、通过简单分析了解牛顿的“月-地”检验的意义。2、通过对卡文迪许测量万有引力常量实验的了解，认识发现万有引力定律的意义，领略天体运动规律的简洁与和谐。情感态度与价值观通过学习科学的研究问题的方法，充实自己的头脑，更好地去认识世界，建立科学的价值观和审美观。五、重点难点重点：万有引力定律的内容及数学表达式难点：万有引力定律的发现思路和过程的体验六、教学方法启发式提问、讲解法、学生自学法七、教学过程课前准备：学生以小组为单位，查找验证万有引力定律发现的过程资料。教学环节教师活动学生活动设计意图引课视频播放问题设置过渡学生展示过渡提出问题引出行星与太阳之间的引力关系在教师引导下进行理论探究数学推导再提示进一步推导行星对太阳的引神七宇航员出舱；美俄卫星相撞后的碎片，地球围绕太阳运动一、与引力有关现象的思考通过以上视频我们回答以下问题1.它们都在做着什么样的运动？2.如果我们把行星的运动近似看作圆周运动，那么它们作圆周运动需要的向心力由什么力来提供呢？3.这个引力将满足什么规律呢？了解万有引力的发展过程今天我们就来作一回科学家体会万有引力的发现过程的奥妙。提示：1、设行星的质量为m，天文观测难以直接得到行星的速度v，但可以得到行星的公转周期T，行星到太阳的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力由太阳对行星的引力来提供牛顿为了能很好的站在巨人的肩膀上，利用前人已经得出的正确结论所以他选择了表达式进行接下来的推导。强调此表达式就是行星做圆周运动的牛顿第二定律表达式。2、根据开普勒第三定律：问题：1.行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是一对什么力？观看视频圆周运动太阳与行星之间的引力猜想：和距离，质量有关李静同学发言在教师引导下进行理论探究学生根据已知条件结合图中提示独立推导得出两个结果：或学生根据开普勒第三定律将上面第二个表达式继续变形得到得出引起学生注意，为新课做准备从圆周运动需要向心力来引出万有引力引出本节课主题通过学生自主独立推导定律的过程可加深学生对定律的理解并训练逻辑思维。培养学生的数学推导能力合理外推扩大理论适用的范围。培养学生的推理能力；进一步证明数学在物理中的地位教学环节教师活动学生活动设计意图万有引力得出过渡教学环节2.那我们可以用什么规律来研究行星对太阳的引力规律呢？3.牛顿第三定律的内容是什么？太阳吸引行星的力与行星吸引太阳的力是同性质的相互作用力．由于我们可以知道但在此时这一规律还不能被称为“万有”引力定律。我们再来考虑月球与地球之间是否存在引力是否满足这一规律呢？首先月球与地球之间存在引力，因为由图可知如果月球不受地球引力将再次根据前面的方法可以得出这个引力也满足比较地面物体所受重力与月球受到地球引力是否是同一性质。简单介绍月——地检验。问题：既然是同种性质的力为什么月球围绕地球转动，“苹果”却落在地面呢？这样我们就得到了一条重要的定律——万有引力定律。教师活动答：作用力与反作用力牛顿第三定律同性质、等大小、反方向、共直线、不同体依据牛顿第三定律可进一步推知：学生将正比符号变为等号：沿图中虚线所示直线运动，这是牛顿第一定律的内容因为力的作用效果不同记录、记忆学生活动得出了引力的基本规律经过证明可以将这一规律推广到行星与卫星之间得出结论这一规律普遍适用。得出万有引力定律设计意图重点内容讲解过渡万有引力常量的测量课堂小结二、万有引力定律（一）内容：任何两个物体之间都存在相互作用的引力，这个力的大小与这两个物体的质量的乘积成正比，与两物体之间的距离的二次方成反比．（二）表达式：式中：G为万有引力常量，r为两物体中心的距离．相距很远的物体可以看成质点，对球形物体而言，r为球心距离．为什么是牛顿发现的万有引力定律呢？问题：既然任意两个物体之间都有引力作用那么我们为什么没有感觉到其他人对我们的吸引力呢？有多小呢？不是我们不知道，而是牛顿也不知道！直到300多年以后才被英国物理学家卡文迪许测量出来。三、万有引力常量1．G值为2．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×10-11N．生活实例：两个质量为50kg的同学相距0.5m时的相互吸引力有多大？可见：一般物体之间的万有引力太小了，因此通常不考虑．“你能认出真理，因为它既美又简单。”——费曼“如果我曾经看得远一些，那是由于我站在巨人肩膀上的缘故。”——牛顿记录、记忆因为在推导过程中用到了牛顿第一、第二、第三定律，并且还要具备超凡的数学能力。因为引力太小不知道G，所以没法计算思考万有引力常量G的取值问题还没有解决无法计算讨论展示卡文迪许扭秤实验（动画）实验原理简介请学生谈谈通过前两节课的学习有什么感悟。学生发言定律总结强化理解记忆引出引力常量测量问题体会“放大”原理和引力常量的重要意义八、板书设计：第二节万有引力定律一、太阳与行星之间的引力F==∝∝二、万有引力定律1．内容：2．表达式：三、万有引力常量G=九、教学流程图情景设置：视频情景设置：视频行星绕地球的运动宇航员出舱卫星撞击出的碎片猜想：引力存在，提供向心力推导：行星与太阳之间的引力规律实验及理论证明引力普遍存在万有引力得出：卡文迪许扭秤实验介绍：检验万有引力的普适性并测量引力常量具体数值赋予万有引力定律实用价值课堂小结：由学生谈谈经历此发展过程之后有什么感悟。给出两句名言激励学生。十、教学反思：本教学设计充分考虑了新教材的特点，特别突出了过程与方法的指导、渗透。在教学资源方面，充分挖掘了编者的设计意图，并且结合学生特点进行了处理。为能够吸引学生，引课时设计了一些学生非常感兴趣的天体运动问题，将学生引领到万有引力定律的讨论过程中。而后安排学生在教师的引导下将万有引力定律的推导出来更能调动