1、万有引力定律一、 课标分析普通高中物理课程标准的要求是：通过有关事实了解万有引力定律的发现过程。知道万有引力定律。认识发现万有引力定律的重要意义，体会科学定律对人类探索未知世界的作用。基于课标要求，本节课的设计就从第二节太阳与行星间的引力开始，将太阳与行星间的引力和万有引力定律结合起来作为一个完整的探究过程，从培养学生的物理核心素养的角度出发，本节课贯穿“问题的提出、猜想与假设、演绎与推理、结论的得出、检验论证”这一个探究性学习过程。二、教材分析教材通过万有引力定律的发现过程、演绎和归纳提出万有引力定律。要求学生通过史实了解万有引力定律的发现过程，强调了对物理学发展历程的展示，体现了科学探究过
2、程的严谨、艰辛与奇妙。万有引力定律的发现具有非常重要的意义，测定出了当时的未知天体，使人造卫星上天等；促使物理学完成了第一次大综合，“天上”和“人间”的力出于同一本源，把地面上物体的运动与天体运动统一了起来，对于之后科学家追求大统一理论有引导性作用，对人类文化发展具有重要意义。三、学情分析从学生已有的知识结构看，学生对力、质量、速度、加速度、向心力等概念有较好的理解，并掌握了自由落体运动、平抛运动与匀速圆周运动的运动学规律。学生能够应对本节课中出现的相关推算。学生知识的获得、习惯的养成以及能力的提高，其实是学生学习的结果。新课标提出的“研究性学习”，是学生在教师的指导下，以类似于科学研究的方式
3、，去主动地获取知识和应用知识。综上，我认为在本节，教师应根据本学科特点，合理利用教材，创设问题情境，在教师指导下，让学生自己通过问题探究和计算获得知识和增长能力，从而提高学生的科学素养。四、教学目标（一）知识与技能1.知道行星绕太阳运动的原因，知道太阳与行星间存在着引力作用。2.知道行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力来源，并能推导太阳与行星间引力的表达式。3.理解万有引力定律的推导思路和过程，知道地球上的重物下落与天体运动的统一性。4.理解并掌握万有引力定律的内容、表达式和适用条件。5.了解引力常量G的测定及在科学史上的重大意义。（二）过程与方法1.认识科学研究过程中根据事实和分析推理进行猜想、
4、假设和检验的重要性，培养学生的推理、归纳总结能力等。2.结合太阳与行星间引力的推导及“月地检验”，经历思维程序“提出问题猜想与假设理论分析实验观测验证结论”培养学生探究思维能力。（三）情感态度与价值观1.体会科学家们探究过程的大胆严谨，学习科学家们坚持不懈和一丝不苟的工作精神，培养学生良好的学习习惯和善于探索的思维品质。2.认识分析推理、归纳总结等科学意识和方法的重要性，培养学生尊重客观事实并透过现象看本质的认识观。五、教学重点1.万有引力定律的推导思路和过程。2.万有引力定律的内容及表达式。六、教学难点1.对万有引力定律及物体间距离的理解。2.对万有引力定律普遍性的理解：任何物体间都存在着万
5、有引力，且遵循相同的规律。七、教学过程（一）复习回顾，引入新课开普勒三定律：开普勒第一定律轨道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。开普勒第二定律面积定律对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。开普勒第三定律周期定律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。（二）太阳与行星间的引力1.提出问题：开普勒三定律揭示了行星绕太阳运动的规律，那么，行星为什么绕太阳如此和谐而又有规律地做椭圆轨道运动？开普勒定律发现后，人们开始更深入地思考：是什么原因使行星绕太阳运动？2.猜想与假设：伽利略、开普勒以及笛卡尔都提出过太阳对行星的作用
6、力应该与它们间的距离有关，而且牛顿时代的胡克、哈雷等人甚至推出了力的大小与到太阳距离的平方成反比。（PPT展示）伽利略：一切物体都有合并的趋势。开普勒：行星的运动是受到了来自太阳的类似于磁力的作用，与距离成反比。笛卡尔：在行星的周围有旋转的物质(以太)作用在行星上，使得行星绕太阳运动。胡克：行星的运动是太阳吸引的缘故，并且力的大小与到太阳距离的平方成反比。但因为运动和力的清晰概念是在他们之后由牛顿建立的，所以当时无法进行深入研究。后来，伟大的物理学家牛顿在前人研究的基础上，凭借其超凡的数学能力和坚定的信念，深入研究，最终发现了万有引力定律。因此，牛顿在1676年给友人的信中写道：如果说我看的比
7、别人更远，那是因为我站在巨人的肩膀上。牛顿的工作是建立在前人工作基础上的。【设计意图】通过开普勒三定律引入行星绕太阳运动的原因，为行星与太阳间引力的公式推导做铺垫。同时，让学生了解相关的物理学史，体会知识规律的产生过程及在时代背景中的局限性。站在牛顿的角度，教师和学生一起回顾“太阳与行星间的引力”的推导过程。3.简化模型：行星轨道按照“圆”来处理。为了简化问题，我们行星轨道按照“圆”来处理。提问：行星围绕太阳做圆周运动向心力的来源？学生：太阳对行星的引力这样就符合前面圆周运动的知识：4.演绎与推理：消v消T根据牛顿第三定律，得到行星对太阳的引力大小也存在与上述关系对称的结果，即：F与大小相等、
8、性质一样。综合起来，写成等式，即.说明：（1）G为比例系数，与太阳、行星无关。（2）方向：沿着太阳与行星间的连线。太阳对行星的引力：总结：提问：这样牛顿就总结出太阳与行星间引力所满足的关系，这个规律就是万有引力定律吗？解释：这是建立在开普勒第三定律成立的条件下推导出来的，说明牛顿的这个推论只对行星绕太阳运动成立。当然，从一个结果推广到一般意义上的规律，在科学上是很严肃的事，它需要经过事实的检验。而牛顿对概念和规律的普遍意义是很敏感的。从研究太阳与行星间的引力，想到普遍意义上的万有引力定律在牛顿的科学思想上是很顺理成章的事。【设计意图】万有引力的得出体现了牛顿的科学智慧。从牛顿的角度呈现从研究太
9、阳与行星间的引力，再到普遍意义上的万有引力定律，这使学生体会从一个结果推广到一般意义上的规律，在科学上是很严肃严谨的事，它需要经过事实的检验，明确科学理论也是发展的。（三）万有引力定律牛顿的思考：拉住月球使它绕地球运动的力，与拉着苹果使它下落的力，以及众行星与太阳之间的作用力也许真的是同一种力，遵循相同的规律?地球对苹果的引力能否延伸到很远的地方，会不会作用到月球上？苹果为什么落回到地面，而不是飞出地球？1. 万有引力的猜想“天上”的力和“人间”的力可能出于同一本源，遵循相同的规律。2. 万有引力的检验月地检验目的：验证地球对地面上苹果的引力遵循地球对月球的引力基本思路：1、假设猜想成立，理论
10、推导 2、实际测量 若二者结果一致，则假设成立反之不成立根据教材中“月地检验”的文字描述，设计一道例题，学生计算：(1) 理论推导：假设地球对地面上苹果m果的引力和地球对月球m月的引力都遵循 。已知地球质量为M地,半径为R，月球轨道半径是地球半径的60倍。求：a.地球对月球和苹果的引力；b.月球和苹果的加速度之比。学生计算并回答：1. 地球对月球和苹果的引力：2. 月球和苹果的加速度之比：结果：(2)实际测量：已知月球绕地球的公转周期为27.3天，月球与地球的距离3.8108m，求：a.月球绕地球的向心加速度；b.月球和苹果的加速度之比。学生计算并回答：1.月球绕地球的向心加速度：2.月球和苹
11、果的加速度之比：将以上的结论总结成表格：【设计意图】1. 根据本学科特点，利用教材，创设问题情境，设计题目，引导学生自己通过问题探究和计算获得知识和增长能力，从而提高学生的科学素养。2. 列出表格体现总结作用，使结果更直观明了。3. 前面已推导出，在此设计一道例题让学生演算，同时起到巩固知识的作用。验证结论：地球对地面上物体的引力是同一种性质力，都遵循地球对月球的引力太阳对行星的引力牛顿大胆设想：宇宙中的一切物体间都有引力:【设计意图】使学生了解：今天我们谈起这个规律，都会佩服牛顿当年惊人的想象力和对事物普遍意义的敏感性；同时发现，科学的发现过程常常是“大胆假设与严格求证”的结合。3. 万有引
12、力定律的得出（1）内容：自然界中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）公式：a. m1 ,m2 -两物体的质量，单位kgb. r -两物体间的距离，单位mc. G -比例系数，叫引力常量，适用于任何两个物体，G的国际单位Nm2/kg24. 万有引力定律的检验引力常量G的测量实验牛顿当时还没法让人完全接受，因为G值未知，物体间的引力无法计算。100年后，有一位卓越的实验家卡文迪许巧妙地利用扭秤装置，第一次在实验室里比较准确地测出了引力常量。卡文迪许扭秤的主要部分是一个轻而坚固的T型架，倒挂在一根金属丝
13、的下端。T形架水平部分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的扭转。思想方法：微小量放大思想引力常量：G=6.671011Nm2/kg25. 万有引力定律的理解提问：根据万有引力定律，我们的距离越小，引力就越大，我们接触时引力是无穷大的，这样我们永远都不会分开了？（1）公式的适用范围：两个质点间引力大小的计算（两物体间的距离远大于物体本身时）r为两质点间的距离r为物体到球心的距离r为两球心间的距离（2）对万有引力的理解：普遍性、相互性、宏观性、特殊性课堂练习：练习1：一颗人造卫星在地球引力作用下，绕地球做匀速
14、圆周运动，已知地球的质量为M，地球的半径为R，卫星的质量为m，卫星离地面的高度为h，引力常量为G，则地球对卫星的万有引力大小为（）练习2：对于万有引力定律的表达式 ,下列说法正确的是（ ）A.当r趋近于零时，万有引力趋近于无穷大B.m1与m2受到的引力总是大小相等的，与m1、m2是否相等无关C.只有当物体的质量大到一定程度时，物体之间才有万有引力D.牛顿发现了万有引力定律并测出了万有引力常量（四）课堂小结万有引力定律的检验：万有引力定律的得出：引力常量G的测量实验(卡文迪许）宇宙中一切物体间都有引力推广：月-地检验万有引力的检验：“天上”的力与“人间”的力是同一种力万有引力的猜想：太阳与行星间的引力：（五）作业1.必做：完成全优课堂29-32页，91-92页2.选做题：思考卡文迪许实验有什么重要意义？设计制作卡文迪许实验。（六）板书万有引力定律一、太阳与行星间的引力根据牛顿第三定律：.二、万有引力定律1.内容2.公式：(1) m1 ,m2 -两物体的质量，单位kg(2) r -两物体间的距离，单位m(3) G -比例系数，叫引力常量，适用于任何两个物体，G的国际单位Nm2/kg23. 理解（1）适用范围：两个质点间引力大小的计算（2）对万有引力的理解：普遍性、相互性、宏观性、特殊性
