高一物理万有引力教案

高一物理万有引力教案【篇一：高中物理新课标人教版必修2优秀教案：万有引力定律】3万有引力定律整体设计本节是在学习了太阳与行星间的引力之后,探究地球与月球、地球与地面上的物体之间的作用力是否与太阳与行星间的作用力是同一性质的力,从而得出了万有引力定律.根据万有引力定律而得到的一系列科学发现,不仅验证了万有引力定律的正确性,而且表明了自然界和自然规律是可以被认识的.万有引力定律是所有有质量的物体之间普遍遵循的规律,引力常量的测定不仅验证了万有引力定律的正确性,而且使得万有引力定律能进行定量计算,显示出真正的实用价值.教学过程中的关键是对万有引力定律公式的理解,知道公式的适用条件.教师可灵活采用教学方法以便加深对知识的理解,比如讲授法、讨论法.教学重点万有引力定律的理解及应用.教学难点万有引力定律的推导过程.课时安排1课时三维目标知识与技能1.了解万有引力定律得出的思路和过程.2.理解万有引力定律的含义并掌握用万有引力定律计算引力的方法.3.记住引力常量g并理解其内涵.过程与方法1.了解并体会科学研究方法对人们认识自然的重要作用.2.认识卡文迪许实验的重要性,了解将直接测量转化为间接测量这一科学研究中普遍采用的重要方法.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.教学过程导入新课故事导入.这节课我们将共同“推导”一下万有引力定律.复习导入??椭圆轨道定律??复习旧知：1.开普勒三大定律?面积定律?3a?周期定律:?k2?t??:f??太阳对行星的引力??2.太阳与行星间的引力?行星对太阳的引力:f???:f?太阳与行星间的引力?mrr?2m2mmr2或f?gmmr2太阳对行星的引力使得行星围绕太阳运动，月球围绕地球运动，是否能说明地球对月球有引力作用?抛出的物体总要落回地面，是否说明地球对物体有引力作用？推进新课课件展示：画面3:人造卫星围绕地球运动.画面4:地面上的人向上抛出物体,物体总落回地面.问题探究1.行星为何能围绕太阳做圆周运动?2.月球为什么能围绕地球做圆周运动?3.人造卫星为什么能围绕地球做圆周运动?4.地面上物体受到的力与上述力相同吗?5.根据以上四个问题的探究,你有何猜想?教师提出问题后,让学生自由讨论交流.明确：1.太阳对行星的引力使得行星保持在绕太阳运行的轨道上.2.月球、地球也是天体,运动情况与太阳和行星类似,因此猜想是地球对月球的吸引使月球保持在绕地球运行的轨道上.3.人造卫星绕地球运动与月球类似,也应是地球对人造卫星的引力使人造卫星保持在绕地球运行的轨道上.想和假设,再引入合理的模型,需要深刻的洞察力、严谨的数学处理和逻辑思维,常常是一个充满曲折和艰辛的过程.进行情感态度与价值观的教育.二、万有引力定律通过以上内容的学习,我们知道:太阳与行星间有引力作用,地球与月球间有引力作用,地球与地面上的物体间也有引力作用.问题1：地面上的物体之间是否存在引力作用?组织学生交流讨论,大胆猜想.可能性1：不存在.原因:太阳对行星的引力使行星围绕太阳做圆周运动,地球对月球或卫星的引力也是如此,地球对地面上物体的引力使物体靠在地面上,上抛之后还要落回.若两个物体之间有引力,那些引力既没使一个物体围绕另一个物体转动,也没有使两个物体紧贴在一起,故此力不存在.可能性2：此力存在.原因:太阳、行星、地球、月球、卫星、物体,均是有质量的物体,太阳与行星间,地球与月球或卫星间.地球与物体间均存在这种引力,说明这种引力是有质量的物体普遍存在的,故两个物体之间应该有引力.问题2：若两个物体间有引力作用,为何两个物体没有在引力作用下紧靠在一起?参考解释：“天上”“人间”的力是同性质的力，满足f∝mmr2定律.地面上的物体质量比起天体来说太小了，这个力我们根本觉察不到.两物体之所以未吸在一起是因为两物体间的力太小,不足以克服摩擦阻力或空气阻力.任意两个物体之间都存在着相互引力.点评：对上述内容在教学过程中,教师可灵活采用教学方法,可用“辩论赛”的方式让持两种观点的学生代表阐述自己的观点及依据，然后对方提出问题进行互辩，此过程让一般同学作补充说明，一直到一个观点被另一个观点击败为止.这样可提高学生处理问题的综合?能力.?问题：1.用自己的话总结万有引力定律的内容.2.根据太阳与行星间引力的表达式,写出万有引力定律的表达式.3.表达式中g的单位是怎样的?学生思考后回答.总结：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,与它们之间距离r的二次方成反比.2.表达式:由f=gmmr2(m:太阳质量,m:行星的质量)得出:f=gm1m2r2(m1:物体1的质量,m2:物体2的质量)fr23.由f=gm1m2r2?g?m1m2合作探究对万有引力定律的理解：1.万有引力的普遍性.因为自然界中任何两个物体都相互吸引,所以万有引力不仅存在于星球间,任何有质量的物体之间都存在着相互作用的吸引力.2.万有引力的相互性.因为万有引力也是力的一种,力的作用是相互的,具有相互性,符合牛顿第三定律.3.万有引力的宏观性.在通常情况下,万有引力非常小,只有质量巨大的星球间或天体与天体附近的物体间,它的存在才有实际的物理意义,故在分析地球表面物体受力时,不考虑地面物体之间的万有引力,只考虑地球对地面物体的引力.知识拓展万有引力定律的适用条件:1.公式适用于质点间引力大小的计算.2.对于可视为质点的物体间的引力求解也可以利用万有引力公式.如两物体间距离远大于物体本身大小时,物体可看成质点.说明：均匀球体可视为质量集中于球心的质点.3.当研究对象不能看成质点时,可以把物体假想分割成无数个质点,求出两个物体上每个质点与另一个物体上所有质点的万有引力,然后求合力.三、引力常量的测量引导学生设计测量引力常量的方法并交流,然后教师介绍卡文迪许实验方法,通过课件展示卡文迪许的扭秤装置,让学生观察体会实验装置的巧妙.实验介绍：1798年，英国物理学家卡文迪许在实验室里利用“扭秤”，通过几个铅球之间万有引力的测量，比较准确地得出了引力常量g的数值.课件展示：卡文迪许的“扭秤”实验装置.扭秤实验装置结构图图中t形框架的水平轻杆两端固定两个质量均为m的小球,竖直部分装有一个小平面镜,上端用一根石英细丝将这杆扭秤悬挂起来,每个质量为m的小球附近各放置一个质量均为m的大球,用一束光射入平面镜.由于大、小球之间的引力作用,?t?形框架将旋转,当引力力矩和金属丝的扭转力矩相平衡【篇二：高一物理必修2万有引力与航天教案】高一物理必修2万有引力与航天教案第一节行星的运动【教学目标】知识与技能1、知道地心说和日心说的基本内容。2、知道所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。3、知道所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，且这个比值与行星的质量无关，但与太阳的质量有关。4、理解人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，真理是来之不易的。过程与方法情感态度与价值观1、澄清对天体运动神秘模糊的认识，掌握人类认识自然规律的科学方法。2、感悟科学是人类进步不竭的动力。【教学重点】开普勒行星运动定律【教学难点】对开普勒行星运动定律的理解和应用【教学课时】1课时【探究学习】一、人类认识天体运动的历史1、地心说的内容及代表人物：2、日心说的内容及代表人物：二、开普勒行星运动定律的内容开普勒第一定律：。开普勒第二定律：。开普勒第三定律：。即：在高中阶段的学习中，多数行星运动的轨道能够按圆来处理。引入新课多媒体演示：天体运动的图片浏览。在浩瀚的宇宙中有无数大小不一、形态各异的天体，如月亮、地球、太阳、夜空中的星星……由这些天体组成的广袤无限的宇宙始终是我们渴望了解、不断探索的领域。人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，历史上有过不同的看法，科学家对此进行了不懈的探索，通过本节内容的学习，将使我们正确地认识行星的运动。新课讲解一、古代对行星运动规律的认识问1：．古人对天体运动存在哪些看法?地心说和日心说．问2．什么是地心说?什么是日心说?地心说认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，大阳、月亮以及其他行星都绕地球运动，日心说则认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动．地心说的代表人物：托勒密(古希腊)．地心说符合人们的直接经验，同时也符合势力强大的宗教神学关于地球是宇宙中心的认识，故地心说一度占据了统治地位．问3：日心说战胜了地心说，请阅读第《人类对行星运动规律的认识》，找出地心说遭遇的尴尬和日心说的成功之处．地心说所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多，如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的位置，换一个角度来考虑天体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得筒单了．日心说代表人物：哥白尼，日心说能更完美地解释天体的运动．二、开普勒行星运动三定律问1：古人认为天体做什么运动?古人把天体的运动看得十分神圣，他们认为天体的运动不同于地面物体的运动，天体做的是最完美、最和谐的匀速圆周运动．问2：开普勒认为行星做什么样的运动?他是怎样得出这一结论的?开普勒认为行星做椭圆运动．他发现假设行星傲匀逮圆周运动，计算所得的数据与观测数据不符，只有认为行星做椭圆运动，才能解释这一差别．问3：开普勒行星运动定律哪几个方面描述了行星绕太阳运动的规律?具体表述是什么?开普勒行星运动定律从行星运动轨道，行星运动的线速度变化，轨道与周期的关系三个方面揭示了行星运动的规律．（多媒体播放行星绕椭圆轨道运动的课件）开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上．问4：这一定律说明了行星运动轨迹的形状，不同的行星绕大阳运行时椭圆轨道相同吗?不同．[教材做一做]可以用一条细绳和两图钉来画椭圆．如图7．1-l所示，把白纸镐在木板上，然后按上图钉．把细绳的两端系在图钉上，用一枝铅笔紧贴着细绳滑动，使绳始终保持张紧状态．铅笔在纸上画出的轨迹就是椭圆，图钉在纸上留下的痕迹叫做椭圆的焦点．想一想，椭圆上某点到两个焦点的距离之和与椭圆上另一点到两个焦点的距离之和有什么关系?开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积．问5：如图7.1-2所示，行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上行星在远日点的速率与在近日点的速率谁大？因为相等时间内面积相等，所以近日点速率大。开普勒第三定律：所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等．（如图7．1-l）（投影九大行星轨道图或见教材页图7.1-3）问6：由于行星的椭圆轨道都跟圆近似，在中学阶段研究中按圆处理，开普勒三定律适用于圆轨道时，应该怎样表述呢?1、多数大行星绕太阳运动轨道半径十分接近圆，太阳处在圆心上。2、对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（或线速度）不变。3、所有行星的轨道半径的三次方跟它的公转周期的平方的比值都相等．若用r代表轨道半径，t代表公转周期，开普勒第三定律可以用下面的公式表示：比值k是一个与行星无关的恒量。参考资料：给出太阳系九大行星平均轨道半径和周期的数值，供课后验证。问7：这一定律发现了所有行星的轨道的半长轴与公转周期之间的定量关系，比值k是一个与行星无关的常量，你能猜想出它可能跟谁有关吗根据开普勒第三定律知：所有行星绕太阳运动的半长轴的三次方跟公转周期二次方的比值是一个常数k，可以猜想，这个k一定与运动系统的物体有关．因为常数k对于所有行星都相同，而各行星是不一样的，故跟行星无关，而在运动系中除了行星就是中心天体--太阳，故这一常数k一定与中心天体--太阳有关．说明：开普勘定律不仅适用于行星绕大阳运动，也适用于卫星绕着地球转，k是一个与行星质量无关的常量，但不是恒量，在不同的星系中，k值不相同。k与中心天体有关。【课堂训练】例1关于行星的运动以下说法正确的是（）a．行星轨道的半长轴越长，自转周期就越长b．行星轨道的半长轴越长，公转周期就越长c．水星轨道的半长轴最短，公转周期就最长d．冥王星离太阳最远，公转周期就最长2.为什么说曲线运动一定是变速运动?分析：由开普勒第三定律可知，a越大，t越大，故bd正确，c错误；式中的t是公转周期而非自转周期，故a错。答案：bd例2已知木星绕太阳公转的周期是地球绕太阳公转周期的12倍。则木星绕太阳公转轨道的半长轴为地球公转轨道半长轴的倍。思维入门指导：木星和地球均为绕太阳运行的行星，可利用开普勒第三定律直接求解。本题考查开普勒第三定律的应用。解：由开普勒第三定律可知：对地球：对木星所以点拨：在利用开普勒第三定律解题时，应注意它们的比值中的k是一个与行星运动无关的常量。例3已知地球绕太阳作椭圆运动。在地球远离太阳运动的过程中，其速率越来越小，试判断地球所受向心力如何变化。若此向心力突然消失，则地球运动情况将如何？思维入门指导：行星的运动为曲线运动，因此本节知识常常和曲线运动知识相综合。解：由于地球在远离太阳运动的过程中，其速率减小，据牛顿第二定律有，，由开普勒第二定律知，地球在远离太阳运动的过程中角速度（单位时间内地球与太阳的连线扫过的角度）也减小，故向心力减小。若此向心力突然消失，则地球将沿轨道的切线方向做离心运动。点拨：地球绕太阳的运动虽然并非匀速圆周运动，但向心力公式仍适用。任一时刻，地球的速度方向均沿椭圆的切线方向。【课堂小结】教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。本节学习的是开普勒行星运动的三定律，其中第一定律反映了行星运动的轨迹是椭圆，第二定律描述了行星在近日点的速率最小，在远日点的速率最大，第三定律揭示了轨道半长轴与公转周期的定量关系．在近似计算中可以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动。【篇三：高中物理《万有引力定律的应用》教案(1)】万有引力定律的应用【教育目标】一、知识目标1．了解万有引力定律的重要应用。2．会用万有引力定律计算天体的质量。3．掌握综合运用万有引力定律和圆周运动等知识分析具体问题的基本方法。二、能力目标通过求解太阳、地球的质量，培养学生理论联系实际的能力。三、德育目标利用万有引力定律可以发现未知天体，让学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辩证唯物主义观点。【重点、难点】一、教学重点对天体运动的向心力是由万有引力提供的理解二、教学难点如何根据已有条件求中心天体的质量【教具准备】太阳系行星运动的挂图和flash动画、ppt课件等。【教材分析】这节课通过对一些天体运动的实例分析，使学生了解：通常物体之间的万有引力很小，常常觉察不出来，但在天体运动中，由于天体的质量很大，万有引力将起决定性作用，对天文学的发展起了很大的推动作用，其中一个重要的应用就是计算天体的质量。在讲课时，应用万有引力定律有两条思路要交待清楚.?1.把天体（或卫星）的运动看成是匀速圆周运动，即f引=f向，用于计算天体（中心体）的质量，讨论卫星的速度、角速度、周期及半径等问题.?2.在地面附近把万有引力看成物体的重力，即f引=mg.主要用于计算涉及重力加速度的问题。这节内容是这一章的重点，这是万有引力定律在实际中的具体应用.主要知识点就是如何求中心体质量及其他应用，还是可发现未知天体的方法。【教学思路设计】本节教学是本章的重点教学章节，用万有引力定律计算中心天体的质量，发现未知天体显示了该定律在天文研究上的重大意义。本节内容有两大疑点：为什么行星运动的向心力等于恒星对它的万有引力？卫星绕行星运动的向心力等于行星对它的万有引力？我的设计思想是，先由运动和力的关系理论推理出行星（卫星）做圆周运动的向心力来源于恒星（行星）对它的万有引力，然后通过理论推导，让学生自行应用万有引力提供向心力这个特点来得到求中心天体的质量和密度的方法，并知道在具体问题中主要考虑哪些物体间的万有引力；最后引导阅读相关材料了解万有引力定律在天文学上的实际用途。本节课我采用了“置疑－启发—自主”式教学法。教学中运用设问、提问、多媒体教学等综合手段，体现教师在教学中的主导地位。同时根据本节教材的特点，采用学生课前预习、查阅资料、课堂提问；师生共同讨论总结、数理推导、归纳概括等学习方法，为学生提供大量参与教学活动的机会，积极思维，充分体现教学活动中学生的主体地位。【教学过程设计】一、温故知新，引入新课教师：1、物体做圆周运动的向心力公式是什么？2、万有引力定律的内容是什么，如何用公式表示？3、万有引力和重力的关系是什么？重力加速度的决定式是什么？【引导学生观看太阳系行星运动挂图和flash动画】教师：根据前面我们所学习的知识，我们知道了所有物体之间都存在着相互作用的万有引力，而且这种万有引力在天体这类质量很大的物体之间是非常巨大的。那么为什么这样巨大的引力没有把天体拉到一起呢？【设疑过渡】教师：由运动和力的关系来解释：因为天体都是运动的，比如恒星附近有一颗行星，它具有一定的速度，根据牛顿第一定律，如果不受外力，它将做匀速直线运动。现在它受到恒星对它的万有引力，将偏离原来的运动方向。这样，它既不能摆脱恒星的控制远离恒星，也不会被恒星吸引到一起，将围绕恒星做圆周运动。此时，行星做圆周运动的向心力由恒星对它的万有引力提供。本节课我们就来学习万有引力在天文学上的应用。二、明确本节目标1．了解万有引力定律在天文学上的重要应用。2．会用万有引力定律计算天体的质量。3．掌握综合运用万有引力定律和圆周运动等知识分析具体问题的基本方法。三、重点、难点的学习与目标完成过程1．理论思想的建立教师：通过前面学过的知识和刚才的理论推测，我们研究天体运动的基本方法是什么？学生：（思考后回答）应该抓住恒星对行星的万有引力做行星圆周运动的向心力这一根本点去进行处理。教师：（大屏幕投影动画，加深学生感性认识和理解能力）教师：能否用我们学过的圆周运动知识求出天体的质量和密度呢？【自然过渡，进入定量运算过程】2．天体质量的计算教师：如果我们知道了一个卫星绕行星运动的周期，知道了卫星运动的轨道半径，能否求出行星的质量呢？学生：由物体做圆周运动的动力学条件，列式可求。教师：此时知道行星的圆周运动周期，其向心力公式用哪个好呢？【引导学生自行推导，然后在大屏幕上演示推导过程】设行星的质量为m.根据万有引力提供行星绕太阳运动的向心力，有：?mmf向=f万有引力=g2?m?2rrmm2?即g2?m()2rtr4?2r3m?gt2教师：这个质量表示的是做圆周运动的行星的质量吗？学生：是中心天体的质量。【讨论】1、要计算太阳的质量，你需要哪些数据？2、要计算地球的质量，你需要哪些数据？3．天体密度的计算教师：能否用推导出中心天体的密度呢？【提示】想一想，天体的体积容易求解出来吗？【教师在学生思考后利用大屏幕演示推导方法】m4?2r3/gt23?r3????233vgtr?r3教师：从实际情况来考虑，有什么更好的方法来进行测量吗？学生：公式里的r和r如果能约掉，即让卫星绕行星贴着表面运动即可。m4?2r3/gt23?r33??????2323vgtrgt?r3总结：方法是发射卫星到该天体表面做近地运转，测出绕行周期3．实例应用：海王星、冥王星的发现让学生阅读教材内容，认识万有引力定律在天文学上的实际应用。四、课堂练习1、本节第二节介绍牛顿如何在开普勒第三定律的基础上推导出万有引力的思路。通过本节的学习，请证明，所有行星绕太阳运转其轨道半径的立方和运转周期的平方的比值即r3/t2是一个常量。2、密封舱在离月球表面112km的空中沿圆形轨道运行，周期是120.5min，月球的半径是1740km，根据这些数据计算月球的质量和平均密度。3