万有引力是怎样发现的教学设计

万有引力定律是怎样发现的【课时安排】1课时【授课类型】新课讲授【教学目标】1.知识与技能①理解（或会推导）万有引力定律。②掌握万有引力定律的应用。③熟悉（或能用）万有引力定律结合圆周运动知识解决天体运动的问题。2.过程与方法①通过情景引入的方式让学生认识科学的探究方法：即猜想——证明——检验，锻炼学生自主探究和合作学习的能力。②鼓励学生大胆发表自己的见解，通过讨论学习锻炼人际交往能力。3.情感态度与价值观通过牛顿在前人的基础上发现万有引力的思想过程，说明科学研究的长期性、连续性及艰巨性。【教学重难点】1.重点万有引力定律的推导、内容及表达式

2.难点对万有引力定律的理解及把地面上物体所受的重力与天体间的引力联系起来。【教学手段与方法】

1.教学手段：PPT课件、多媒体辅助、探讨、讲授2.教学方法：逻辑推理法、归纳法、分析讨论法【教学设计】新课导入：上节课我们学习了开普勒三大定律，那同学们还记不记得第三定律是什么呢？同学：所有行星轨道的半长轴的立方与公转周期的平方的比值都相等。看行星绕太阳运动的视频，思考行星为什么会绕着太阳转动而不会飞离太阳呢？（等三秒钟，然后叫同学回答）同学：。。。。。。。老师：哎，对了。这是因为行星与太阳之间存在一定的引力。而且我们知道这个引力与太阳和行星之间的距离的平方成反比，与它们的质量的乘积成正比。这是我们上节课所要掌握的重点内容。在行星为什么会绕着太阳转动的基础上呢，早在三百多年前牛顿就进一步思考了与此相应的问题。比如说在日常生活中我们观察到地面附近的物体释放之后都会落向地面，月球也会绕着地球转动。那是什么原因使地面附近的物体会落向地球，又是什么力使月球绕着地球做圆周运动呢？牛顿在进一步地思考这些问题，进而提出了万有引力定律，这也就是我们今天所要学习的内容。新课教学：万有引力定律是怎样发现的一、发现万有引力的过程1．关于行星运动原因的猜想吉尔伯特：行星是靠太阳发出的磁力维持绕日运动的开普勒：太阳有一种力支配着行星的运动笛卡儿：“漩涡”带动行星的运动布利奥：提出平方反比假说胡克、雷恩、哈雷：引力与距离平方成反比2．站在巨人肩上的牛顿牛顿之前或牛顿同时代的科学家都只是猜想到了行星围绕太阳运动的原因就是行星受太阳的引力，但却不能把引力问题彻底解决，这是为什么呢？归根结底是他们无法逾越前进道路上的三大难题。困难之一：无数学工具解决曲线运动问题。困难之二：缺乏理论上的工具计算天体各部分对行星产生的力的总效果。困难之三：众多天体的引力相互干扰问题无法解决。解决方法之一：利用微积分方法，解决了变速运动的问题。解决方法之二：运用理想化模型——质点的概念，最终把庞大天体的质量集中于球心。解决方法之三：忽略其他天体的作用，只考虑太阳对行星的作用——合理的简化使他能直达问题的本质。而牛顿吸取了前辈科学家关于引力思想的精华，利用微积分知识，运用质点的概念，把庞大天体的质量集中于球心，从而克服了这三大困难，并于1665年到1666年进行了“月—地检验”，提出了万有引力定律。3．太阳与行星间的引力规律太阳与行星间引力的大小，与太阳和行星质量的乘积成正比，与两者距离的二次方成反比。太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线方向。那物体会落向地球以及月球会绕着地球做圆周运动，它们所需要的这些力是否与太阳对行星的引力是同一种性质的力呢？接下来呢牛顿就更进一步地深入的计算分析得出了相应的结论。我们称之为月—地检验。二、月—地检验那月—地检验的目的是什么呢？哎，它的目的就在于验证星体间的引力与地球上物体受到的重力是同一种性质的力。那月—地检验的原理又是什么呢？我们又该怎样进行验证呢？检验目的：检验地球和月球之间的吸引力是否与地球吸引苹果的力为同一种力。如果是同一种性质的力，则地面上的物体重力同样遵从“平方反比规律”，即满足：根据牛顿第二定律，知：当时，已能准确测量的量有：（即事实）地表重力加速度：g=m/s2地球半径：R=6400×103m月球周期：T=天≈×106s月球轨道半径：r≈60R=×108m根据实际观测计算验证：结论：月球和地面上的物体所受到地球上的引力与太阳对行星的引力是同一种性质的力。在这个结论的基础上，牛顿大胆猜想：既然太阳与行星、地球与月球以及地球与地面上物体之间都存在引力，那么自然界中任意两个物体之间也应该存在这样的引力，随之他提出了万有引力定律。三、万有引力定律：1.内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们之间的距离r的二次方成反比。2.公式：F=Gm1m2/r2讲到这儿呢，有的同学可能要问了：你说任何两个物体之间都有引力，那我们为什么感受不到这样一种力呢？哎，其实呢这个问题提的很好，这也就引出了万有引力定律在应用过程中的适用性。那万有引力定律到底在什么条件下适用呢？第一点，我们在直接应用万有引力定律这一个表达式进行计算的时候，其中这两个物体应该是可以看作质点的物体才能直接用这一个表达式进行计算。那有的同学说如果两个物体不能看作质点呢？如果两个物体不能看作质点的话，那上面这个表达式我们就不能直接用来计算，但并不是说万有引力定律不成立或者是错的，而是这个表达式不能直接用来计算。如果不能将两个物体看作质点，我们需要将这两个物体进行适当的分割，对各个部分进行求引力然后再合成，这一点呢我们高中阶段只需要了解一下，不作具体计算。第二个，如果两个物体不能看作质点，但是有一种特殊情况，那就是两个质量分布均匀的球体，它们的万有引力我们是可以计算的。但需要注意的是对于两个球体，在引力计算时，r应该是两个球心之间的距离，而不是表面之间的距离。3.适用条件：①适用于任意两个可看作质点的物体②质量分布均匀的两个球体这是我们高中阶段应用万有引力定律进行计算的时候所要注意的使用条件问题。这里所说的适用条件只是说我们高中阶段怎么去应用，而不是说在这之外万有引力定律不成立。接下来我们再来看一下万有引力定律的这一个比例系数，这一个比例系数我们称之为引力常量。四、引力常量G是比例系数，叫做引力常量，是牛顿之后的100多年，由英国物理学家卡文迪许测出的，适用于任何两个物体。1.实验结果：G=×10-11N·m2/kg22.G值的物理含义：两个质量为1kg的物体相距1m时，它们之间的万有引力为×10-11N3.卡文迪许扭秤实验的意义：证明了万有引力的存在，使万有引力定律进入了真正实用的时代；(2)开创了微小量测量的先河，使科学放大思想得到了推广。思考：我们人与人之间也应该存在万有引力，可是为什么我们感受不到呢？例题1、估算两个质量50kg的同学相距m时之间的万有引力约有多大？是一粒芝麻重的几千分之一，这么小的力人根本无法察觉到。【课堂小结】一、发现万有引力的过程1、猜想2、困难及解决方法3、引力规律二、月—地检验1、猜想2、验证