高中物理《萬有引力理論的成就》教學設計（通用10篇）

　　在教學工作者開展教學活動前，常常需要準備教學設計，借助教學設計可以讓教學工作更加有效地進行。那么什么樣的教學設計才是好的呢？下面是小編幫大家整理的高中物理《萬有引力理論的成就》教學設計，歡迎閱讀與收藏。

　　高中物理《萬有引力理論的成就》教學設計 1

　　一、內 容

　　人教版普通高中課程標準試驗教科書物理必修2第六章第4節《萬有引力理論的成就》

　　二、教學分析

　　1.教材分析

　　本節課是《萬有引力定律》之后的一節，內容是萬有引力在天文學上的應用。教材主要安排了“科學真是迷人”、“計算天體質量”和“發現未知天體”三個標題性內容。學生通過這一節課的學習，一方面對萬有引力的應用有所熟悉，另一方面通過卡文迪許“稱量地球的質量”和海王星的發現，促進學生對物理學史的學習，并借此對學生進行情感、態度、價值觀的學習。

　　2．教學過程概述

　　本節課從宇宙中具有共同特點的幾幅圖片入手，對萬有引力提供天體圓周運動的向心力進行了復習引入萬有引力在天體運動中有什么應用呢？接下來，通過“假設你成為了一名宇航員，駕駛宇宙飛船……發現前方未知天體”，圍繞“你有什么辦法可以測出該天體的質量嗎”全面展開教學。密度的計算以及海王星的發現自然過渡和涉及。在教材的處理上，既立足于教材，但不被教科書所限制，除了介紹教科書中重要的基本內容外，關注科技新進展和我國天文觀測技術的發展，時代氣息濃厚，反映課改精神，著力于培養學生的科學素養。

　　三、教學目標

　　1.知識與技能

　　（1）通過 “計算天體質量”的學習，學會估算中數據的近似處理辦法，學會運用萬有引力定律計算天體的質量；

　　（2）通過“發現未知天體”，“成功預測彗星的回歸”等內容的學習，了解萬有引力定律在天文學上的重要應用。

　　2.過程與方法

　　運用萬有引力定律計算天體質量，體驗運用萬有引力解決問題的基本思路和方法。

　　3.情感、態度、價值觀

　　（1）通過“發現未知天體”、“成功預測彗星的回歸”的學習，體會科學定律在人類探索未知世界的作用；

　　（2）通過了解我國天文觀測技術的發展，激發學習的興趣，養成熱愛科學的情感。

　　四、教學重點

　　1.中心天體質量的計算；

　　2. “稱量地球的質量”和海王星的發現，加強物理學史的教學。

　　五、教學準備

　　實驗器材、PPT課件等多媒體教學設備

　　六、教學過程

　　（一）、圖片欣賞復習引入

　　通過幾張宇宙圖片的欣賞，學生體驗宇宙中螺旋的共同特點，萬有引力提供向心力是天體都遵循的規律。那么，萬有引力定律在天體運動中還有哪些具體的應用呢？讓我們一起進入本章《萬有引力理論的成就》的學習。

　　（二）、創設情境 解決中心問題

　　情境創設：假如你成為了一名宇航員，駕駛宇宙飛船航行在宇宙深處，突然，前方一美麗的天體出現在你的面前。你先關閉了宇宙的發動機，然后飛船剛好繞美麗天體做了完美的圓周運動，繞行一周后，飛船就平穩的降落在了星球上。

　　合作討論：你有什么辦法可以測得這一神秘天體的質量嗎？

　　（學生通過小組探究，教師巡回指導，形成自己本組的意見，由小組選出的代表來向全班展示自己思考的結果。）

　　小組代表講解展示：

　　思路一：測出宇宙飛船繞行一周的時間和軌道半徑，根據萬有引力提供向心力，即：

　　從而得出星球（中心天體）的質量

　　思路二：根據宇航員降落在星球表面上后，重力近似等于萬有引力，即： 得出

　　在思路二完成之后，緊接著問題：如何測得星球表面的重力加速度g呢？

　　（學生討論回答，現場教師展示借助小球的自由落體運動，通過現代技術“傳感器”現場完成重力加速度的測量。）

　　設計說明：

　　1.通過“學生成為宇航員駕駛宇宙飛船發現未知天體”的情境創設，圍繞”如何測得星球的質量？”這一中心問題展開學生的討論活動，在讓學生覺得有趣味的同時，通過小組討論、合作學習來促使學生創造性的思考、解決本節課的中心問題。

　　2.多媒體和現代測量方法——傳感器讓學生感受技術帶來的便捷。

　　（三）、物理學史 展現人文魅力

　　啟示：一旦測出了引力常量G，那么就可以利用公式 得到地球的質量了。

　　1798年，卡文迪許通過自己設計的扭秤實驗，成功得到了引力常量的值。因此卡文迪許把自己的實驗說成是“稱量地球的'重量”，是不無道理的。

　　而正是這段故事，讓一個外行人、著名文學家馬克·吐溫滿懷激情的說：“科學真是迷人。根據零星的事實，增添一點猜想，竟能贏得那么多的收獲！”

　　(四)、課堂延伸——如何得到這一天體的密度？

　　設計說明：在這一問題中，老師提示了球體的體積公式，然后就把時間交給學生了。學生進行了積極的演算，可得到的答案有兩種，一種是帶有半徑的，而另一種則是把半徑約分掉的 。“為什么半徑可以約掉呢？”這一問題又再一次促進了學生的思考。而這也保證了課堂的開放性。

　　(五)、發現未知天體

　　視頻：“海王星的發現”，——展現科學發現的足跡，注重學生進行科學態度和情感。

　　諾貝爾物理學獎獲得者、物理學家馮勞厄說：“沒有任何東西像牛頓引力理論對行星軌道的計算那樣，如此有力的樹立起人們對年輕物理學的尊敬。從此以后，這門自然科學成了巨大的精神王國……”

　　(六)、課堂小結與反饋 簡單回顧本節課的教學內容

　　七、板書設計： 第4節《萬有引力理論的成就》

　　一、 圖片欣賞，引入新課

　　二、 測中心天體的質量

　　三、 卡文迪許——人文魅力

　　四、 應用

　　1.測天體密度

　　2.發現未知天體

　　八、教學反思：

　　本節課在教學設計上創造性的使用教材，通過“學生成為宇航員駕駛宇宙飛船發現未知天體”的情境創設，讓學生在極大的趣味中完成了本節中心內容的教學。學生的學習過程脈絡清晰。物理學家的人文魅力學生也有一定的感知。

　　高中物理《萬有引力理論的成就》教學設計 2

　　教學目標

　　1、知識與技能

　　(1)了解地球表面物體的萬有引力兩個分力的大小關系，計算地球質量；

　　(2)行星繞恒星運動、衛星的運動的共同點：萬有引力作為行星、衛星圓周運動的向心力，會用萬有引力定律計算天體的質量；

　　(3)了解萬有引力定律在天文學上有重要應用。

　　2.過程與方法：

　　(1)培養學生根據數據分析找到事物的主要因素和次要因素的一般過程和方法；

　　(2)培養學生根據事件的之間相似性采取類比方法分析新問題的能力與方法；

　　(3)培養學生歸納總結建立模型的能力與方法。

　　3.情感態度與價值觀：

　　(1)培養學生認真嚴禁的科學態度和大膽探究的心理品質；

　　(2)體會物理學規律的簡潔性和普適性，領略物理學的優美。

　　教學重難點

　　教學重點

　　地球質量的計算、太陽等中心天體質量的計算。

　　教學難點

　　根據已有條件求中心天體的質量。

　　教學工具

　　多媒體、板書

　　教學過程

　　一、計算天體的質量

　　1.基本知識

　　(1)地球質量的計算

　　①依據：地球表面的物體，若不考慮地球自轉，物體的重力等于地球對物體的萬有引力，即

　　②結論：

　　只要知道g、R的值，就可計算出地球的質量.

　　(2)太陽質量的計算

　　①依據：質量為m的行星繞太陽做勻速圓周運動時，行星與太陽間的萬有引力充當向心力，即

　　②結論：

　　只要知道衛星繞行星運動的周期T和半徑r，就可以計算出行星的質量.

　　2.思考判斷

　　(1)地球表面的物體，重力就是物體所受的萬有引力.(×)

　　(2)繞行星勻速轉動的衛星，萬有引力提供向心力.(√)

　　(3)利用地球繞太陽轉動，可求地球的質量.(×)

　　3.探究交流

　　若已知月球繞地球轉動的周期T和半徑r，由此可以求出地球的質量嗎？能否求出月球的質量呢？

　　【提示】 能求出地球的質量、利用

　　為中心天體的質量、做圓周運動的月球的質量m在等式中已消掉，所以根據月球的周期T、公轉半徑r，無法計算月球的質量

　　二、發現未知天體

　　1.基本知識

　　(1)海王星的發現

　　英國劍橋大學的學生亞當斯和法國年輕的天文學家勒維耶根據天王星的觀測資料，利用萬有引力定律計算出天王星外“新”行星的軌道.1846年9月23日，德國的加勒在勒維耶預言的位置附近發現了這顆行星——海王星

　　(2)其他天體的發現

　　近100年來，人們在海王星的軌道之外又發現了冥王星、鬩神星等幾個較大的天體

　　2.思考判斷

　　(1)海王星、冥王星的發現表明了萬有引力理論在太陽系內的正確性.(√)

　　(2)科學家在觀測雙星系統時，同樣可以用萬有引力定律來分析.(√)

　　3.探究交流

　　航天員翟志剛走出“神舟七號”飛船進行艙外活動時，要分析其運動狀態，牛頓定律還適用嗎？

　　【提示】 適用.牛頓將牛頓定律與萬有引力定律綜合，成功分析了天體運動問題.牛頓定律對物體在地面上的運動以及天體的運動都是適用的.

　　三、天體質量和密度的計算

　　【問題導思】

　　1.求天體質量的思路是什么？

　　2.有了天體的質量，求密度還需什么物理量？

　　3.求天體質量常有哪些方法？

　　1.求天體質量的思路

　　繞中心天體運動的其他天體或衛星做勻速圓周運動，做圓周運動的天體(或衛星)的向心力等于它與中心天體的萬有引力，利用此關系建立方程求中心天體的質量

　　2.計算天體的質量

　　下面以地球質量的計算為例，介紹幾種計算天體質量的方法：

　　(1)若已知月球繞地球做勻速圓周運動的周期為T，半徑為r，根據萬有引力等于向心力，即

　　(2)若已知月球繞地球做勻速圓周運動的半徑r和月球運行的線速度v，由于地球對月球的'引力等于月球做勻速圓周運動的向心力，根據牛頓第二定律，得

　　(3)若已知月球運行的線速度v和運行周期T，由于地球對月球的引力等于月球做勻速圓周運動的向心力，根據牛頓第二定律，得

　　(4)若已知地球的半徑R和地球表面的重力加速度g，根據物體的重力近似等于地球對物體的引力，得

　　解得地球質量為

　　3.計算天體的密度

　　若天體的半徑為R，則天體的密度ρ

　　誤區警示

　　1.計算天體質量的方法不僅適用于地球，也適用于其他任何星體、注意方法的拓展應用、明確計算出的是中心天體的質量

　　2.要注意R、r的區分.R指中心天體的半徑，r指行星或衛星的軌道半徑、以地球為例，若繞近地軌道運行，則有R=r

　　例：要計算地球的質量，除已知的一些常數外還需知道某些數據，現給出下列各組數據，可以計算出地球質量的有哪些？( )

　　A.已知地球半徑R

　　B.已知衛星繞地球做勻速圓周運動的軌道半徑r和線速度v

　　C.已知衛星繞地球做勻速圓周運動的線速度v和周期T

　　D.已知地球公轉的周期T′及運轉半徑r′

　　【答案】 ABC

　　歸納總結：求解天體質量的技巧

　　天體的質量計算是依據物體繞中心天體做勻速圓周運動，萬有引力充當向心力，列出有關方程求解的，因此解題時首先應明確其軌道半徑，再根據其他已知條件列出相應的方程.

　　四、分析天體運動問題的思路

　　【問題導思】

　　1.常用來描述天體運動的物理量有哪些？

　　2.分析天體運動的主要思路是什么？

　　3.描述天體的運動問題，有哪些主要的公式？

　　1.解決天體運動問題的基本思路

　　一般行星或衛星的運動可看做勻速圓周運動，所需要的向心力都由中心天體對它的萬有引力提供，所以研究天體時可建立基本關系式：

　　2.四個重要結論

　　設質量為m的天體繞另一質量為M的中心天體做半徑為r的勻速圓周運動

　　以上結論可總結為“越遠越慢，越遠越小”

　　誤區警示

　　1.由以上分析可知，衛星的an、v、ω、T與行星或衛星的質量無關，僅由被環繞的天體的質量M和軌道半徑r決定

　　2.應用萬有引力定律求解時還要注意挖掘題目中的隱含條件，如地球的公轉周期是365天，自轉一周是24小時，其表面的重力加速度約為9.8 m/s2.

　　例：)據報道，天文學家近日發現了一顆距地球40光年的“超級地球”，名為“55 Cancri e”，該行星繞母星(中心天體)運行的周期約為地球繞太陽運行周期的480(1)，母星的體積約為太陽的60倍.假設母星與太陽密度相同，“55 Cancri e”與地球均做勻速圓周運動，則“55 Cancri e”與地球的( )

　　【答案】 B

　　歸納總結：解決天體運動的關鍵點

　　解決該類問題要緊扣兩點：一是緊扣一個物理模型：就是將天體(或衛星)的運動看成是勻速圓周運動；二是緊扣一個物體做圓周運動的動力學特征，即天體(或衛星)的向心力由萬有引力提供.還要記住一個結論：在向心加速度、線速度、角速度和周期四個物理量中，只有周期的值隨著軌道半徑的變大而增大，其余的三個都隨軌道半徑的變大而減小

　　五、雙星問題的分析方法

　　例：天文學家將相距較近、僅在彼此的引力作用下運行的兩顆恒星稱為雙星、雙星系統在銀河系中很普遍、利用雙星系統中兩顆恒星的運動特征可推算出它們的總質量.已知某雙星系統中兩顆恒星圍繞它們連線上的某一固定點分別做勻速圓周運動，周期均為T，兩顆恒星之間的距離為r，試推算這個雙星系統的總質量.(引力常量為G)

　　歸納總結：雙星系統的特點

　　1.雙星繞它們共同的圓心做勻速圓周運動，它們之間的距離保持不變；

　　2.兩星之間的萬有引力提供各自需要的向心力；

　　3.雙星系統中每顆星的角速度相等；

　　4.兩星的軌道半徑之和等于兩星間的距離.

　　高中物理《萬有引力理論的成就》教學設計 3

　　【教學目標】

　　（一）知識與技能

　　1．了解萬有引力定律在天文學上的重要應用。

　　2．會用萬有引力定律計算天體質量。

　　3．理解并運用萬有引力定律處理天體問題的思路和方法。

　　（二）過程與方法

　　1．通過萬有引力定律推導出計算天體質量的公式。

　　2．了解天體中的知識。

　　（三）情感、態度與價值觀

　　體會萬有引力定律在人類認識自然界奧秘中的巨大作用，讓學生懂得理論來源于實踐。

　　【教學重點】

　　1．行星繞太陽的運動的向心力是由萬有引力提供的。

　　2．會用已知條件求中心天體的質量。

　　【教學難點】

　　根據已有條件求中心天體的質量。

　　教師啟發、引導，學生自主閱讀、思考，討論、交流學習成果。

　　【教學工具】

　　課件、計算機、地球儀、投影儀等多媒體教學設備。

　　【教學過程】

　　一、引入新課

　　教師活動：上節我們學習了萬有引力定律的有關知識，現在請同學們回憶一下，萬有引力定律的內容及公式是什么？公式中的G又是什么？G的測定是誰完成的？

　　學生活動：思考并回答上述問題：

　　內容：自然界中任何兩個物體都是相互吸引的，引力的大小跟這兩個物體的質量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比。

　　公式：F=G．

　　公式中的G是引力常量，它在大小上等于質量為1 kg的兩個物體相距1 m時所產生的引力大小，經測定其值為6．67×10—11 N·m2/kg2。G的測定是由卡文迪許完成的。

　　教師活動：（播音部分）牛頓（1643—1727）是英國著名的物理學家、數學家和天文學家，是十七世紀最偉大的科學巨匠。牛頓一生對科學事業所做的貢獻，遍及物理學、數學和天文學等領域。牛頓在物理學上最主要的成就，是創立了經典力學的基本體系，對于光學，牛頓致力于光的顏色和光的本性的研究，也作出了重大貢獻。牛頓在數學方面，總結和發展了前人的工作，提出了“流數法”，建立了二項式定理，創立了微積分。在天文學方面，牛頓發現了萬有引力定律，創制了反射望遠鏡，并且用它初步觀察到了行星運動的規律。

　　上面用了兩個字“發現”，不是發明！正如幼兒園有一個小朋友造句：我爸爸發現了我的媽媽，然后發明了我。

　　萬有引力發現后，再經過了一百多年，才確定引力常量。卡文迪許扭秤的主要部分是一個輕而堅固的T型架，倒掛在一根金屬絲的下端。T形架水平部分的兩端各裝一個質量是m的小球，T形架的豎直部分裝一面小平面鏡M，它能把射來的光線反射到刻度尺上，這樣就能比較精確地測量金屬絲的扭轉。他測定了引力常量。這也提供了我們測量微小物體質量的方法。古代，曹操的兒子曹沖利用浮力稱出了大象的質量。那我們現在有沒有可能利用已知的知識來稱地球呢？

　　二、進行新課

　　（一）“科學真實迷人”

　　教師活動：引導學生閱讀教材“科學真實迷人”部分的內容，思考問題［投影出示］：

　　1．推導出地球質量的表達式，說明卡文迪許為什么能把自己的實驗說成是“稱量地球的重量”？

　　2．設地面附近的重力加速度g=9．8m/s2，地球半徑R =6．4×106m，引力常量G=6．67×10-11 Nm2/kg2，試估算地球的質量。

　　學生活動：閱讀課文，推導出地球質量的表達式，在練習本上進行定量計算。

　　教師活動：由于地球自轉非常慢，一天只轉了一圈，所以對應的.自轉偏向力很小。在這里，我們忽略不計。投影學生的推導、計算過程，一起點評。

　　kg重力加速度與高度的變化：若物體靜止在距離地面高為h的高空

　　（二）計算天體的質量

　　教師活動：（課件展示太陽系里面的星體的美麗圖片），《萬有引力理論的成就》

　　教學設計

　　引導學生閱讀教材“天體質量的計算”部分的內容，同時考慮下列問題［投影出示］：

　　1．應用萬有引力定律求解天體質量的基本思路是什么？

　　2．求解天體質量的方程依據是什么？

　　學生活動：學生閱讀課文第一部分，從課文中找出相應的答案。

　　1．求解天體質量的基本思路是：根據環繞天體的運動情況，求出其向心加速度，然后根據萬有引力充當向心力，進而列方程求解．

　　2．從前面的學習知道，天體之間存在著相互作用的萬有引力，而行星（或衛星）都在繞恒星（或行星）做近似圓周的運動，而物體做圓周運動時合力充當向心力，故對于天體所做的圓周運動的動力學方程只能是萬有引力充當向心力，這也是求解中心天體質量時列方程的根源所在。

　　教師活動：引導學生深入探究

　　請同學們結合課文知識以及前面所學勻速圓周運動的知識，加以討論、綜合，然后思考下列問題［投影出示］。學生代表發言。

　　1．天體實際做何運動？而我們通常可認為做什么運動？

　　2．描述勻速圓周運動的物理量有哪些？

　　3．根據環繞天體的運動情況求解其向心加速度有幾種求法？

　　4．應用天體運動的動力學方程──萬有引力充當向心力求出的天體質量有幾種表達式？各是什么？各有什么特點？

　　5．應用此方法能否求出環繞天體的質量？

　　學生活動：討論，得出答案。學生代表發言。

　　1．天體實際運動是沿橢圓軌道運動的，而我們通常情況下可以把它的運動近似處理為圓形軌道，即認為天體在做勻速圓周運動。

　　2．在研究勻速圓周運動時，為了描述其運動特征，我們引進了線速度v，角速度ω，周期T三個物理量。

　　3．根據環繞天體的運動狀況，a心=4π2r/T2

　　4．應用天體運動的動力學方程──萬有引力充當向心力，結合圓周運動向心加速度方程，即

　　（3）F引=G=F心=ma心=m

　　即：G=m ③

　　從上述動力學方程的表述中，可得到相應的天體質量表達形式：

　　M=4π2r3/GT2．

　　同理可得：M=v2r/G 或者M=ω2r3/G．

　　上述三種表達式分別對應在已知環繞天體的線速度v，角速度ω，周期T時求解中心天體質量的方法。

　　以上各式中M表示中心天體質量，m表示環繞天體質量，r表示兩天體間距離，G表示引力常量。

　　5．從以上各式的推導過程可知，利用此法只能求出中心天體的質量，而不能求環繞天體的質量，因為環繞天體的質量同時出現在方程的兩邊，已被約掉。

　　師生互動：

　　從上面的學習可知，在應用萬有引力定律求解天體質量時，只能求解中心天體的質量，而不能求解環繞天體的質量。而在求解中心天體質量的三種表達式中，最常用的是已知周期求質量的方程。因為環繞天體運動的周期比較容易測量。

　　教師活動：投影例題：某宇航員駕駛航天飛機到某一星球，他使航天飛機貼近該星球附近飛行一周，測出飛行時間為4．5?103s，則該星球的平均密度是多少？

　　學生活動：在練習本上分析計算，寫出規范解答：

　　分析：航天飛機繞星球飛行，萬有引力提供向心力，所以：

　　教師活動：投影學生求解過程，點評。

　　（三）發現未知天體

　　教師活動：請同學們閱讀課文“發現未知天體”部分的內容，考慮以下問題［投影出示］：

　　教學設計

　　1．應用萬有引力定律除可估算天體質量外，還可以在天文學上有何應用？

　　2．應用萬有引力定律發現了哪些行星？

　　學生活動：閱讀課文，從課文中找出相應的答案：

　　1．應用萬有引力定律還可以用來發現未知的天體。

　　2．海王星、冥王星就是應用萬有引力定律發現的。

　　教師活動：投影海王星照片與它的地貌照片

　　引導學生深入探究：

　　人們是怎樣應用萬有引力定律來發現未知天體的？發表你的看法。

　　學生活動：討論并發表見解。

　　人們在長期的觀察中發現天王星的實際運動軌道與應用萬有引力定律計算出的軌道總存在一定的偏差，所以懷疑在天王星周圍還可能存在有行星，然后應用萬有引力定律，結合對天王星的觀測資料，便計算出了另一顆行星的軌道，進而在計算的位置觀察新的行星。

　　三、課堂總結、點評

　　教師活動：

　　1．處理天體運動問題的關鍵是：萬有引力提供做勻速圓周運動所需的向心力。

　　2．忽略地球自轉，物體所受重力等于地球對物體的引力。

　　學生活動：認真總結概括本節內容，并把自己這節課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，看誰的更好，好在什么地方。

　　教師要放開，讓學生自己總結所學內容，允許內容的順序不同，從而構建他們自己的知識框架。

　　【教學體會】

　　思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發現過程是培養學生能力的關鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質的培養就成了鏡中花，水中月。

　　高中物理《萬有引力理論的成就》教學設計 4

　　一、教材分析

　　1、教材所處的地位與作用

　　本節課在教材編排上，呈現的是由點到面逐步展開的倒金字塔的形式，這符合學生的認知習慣。如果說前三節課是用追尋的眼光追尋先人的偉大成就，那么這一節課就是學生在先人的指引下進行創新應用的創新課，同時教材在開始和結尾階段分別引用了馬克·吐溫和馮·勞厄對物理研究的精彩論述的話，不僅能夠激勵學生增強學科興趣，更能激發學生去進一步探索宇宙的奧秘欲望!

　　可以說這一節課既是知識傳授又是能力、情感的培養課，體現新課程的理念和要求。

　　2、教學目標

　　①知識與技能：

　　1、了解萬有引力定律在天文學上的重要應用。

　　2、會用萬有引力定律計算天體質量。

　　3、理解并運用萬有引力定律處理天體問題的思路和方法。

　　②過程與方法：

　　1、通過萬有引力定律推導出計算天體質量的公式。

　　2、通過一些探究活動計算星體表面重力加速度和星體密度。

　　③情感態度與價值觀：

　　體會萬有引力定律在人類認識自然界奧秘中的巨大作用，讓學生懂得理論來源于實踐，反過來又可以指導實踐的辯證唯物主義觀點

　　3.教學重點、難點

　　①重點

　　利用萬有引力定律和圓周運動的規律來計算太陽的質量，由此遷移發散到各中天體質量的計算方法上。

　　突破方法：對地球圍繞太陽轉動的之一模型進行演變，類比到一星一繞的所有模型，啟發學生利用先逐一對照再深刻體會的過程來掌握本節知識

　　②難點：

　　在進行知識點遷移時，學生對準確抓住模型中的各個星體所擔任的角色較為困難。此處應為本節的難點所在。

　　突破方法：在進行已有知識的遷移時應重點重復圍繞和被繞的關系，讓學生理清星體角色，并應用錯誤分析的方法，加強對認識的刺激

　　4、教材的處理

　　①根據本課的內容設計問題，讓學生思考、討論、表達，有利學生從整體上來把握知識點，培養閱讀、分析能力。

　　②充分挖掘課本資源，并堅持一材料多用的原則。這樣既直觀，又能體現例子的典型性和精練性。

　　③有針對性地穿插些探究性問題。由學生自主閱讀材料，進行討論，并聯系已學的知識，提煉觀點，這有利調動學生的發散思維、創新意識，懂得知識遷移，使教學更具啟發性。

　　④師生互動教學來分析相關的重難點，這樣能夠彌補傳統教學的不足，提高上課的效率。

　　二、說教法

　　新課改的目的之一就是改變傳統教學方法，針對我校提出的“自主，合作，探究”的教學理念，對于本節課的內容將采用如下方法：

　　1.探究合作式

　　這正是新課程理念的要求，體現新課改精神，能夠培養同學的自主學習能力，發現問題解決問題的能力，充分發揮出同學的主體作用。

　　2.糾錯返正式

　　就本節課的內容，同學容易犯被繞和環繞星體錯位的錯誤，利用沿用錯誤方法而導致解題無果的這樣一種方式來增強對同學思維的刺激，以加深對知識的理解。

　　3.閱讀提煉式

　　由同學自己閱讀教材提煉知識，總結方法，在自主學習過程中，逐步提高學習能力

　　三、說學生

　　學生通過前三節的學習，已經初步掌握了有關天體運動的知識，對于規律的適用性也進行了不少的嘗試，積累了一定的應用經驗，對于本節課的知識的遷移和發散起到了一定的鋪墊作用，因此只要在課堂上加以一定的引導和啟發，結合前面三節所掌握的知識，完全可以理解并應用本節的授課內容

　　四、說學法

　　教是導學是獲，不同的學習方法獲得的知識也是不同的.，授之于魚不如受之于漁，教會學生一種學習的方法，學生將終生受益，有利于學生的終生學習通過教學要求學生掌握以下學法。

　　1、合作出真知

　　一個人的力量是有限的，利用群體的力量來打開問題所在，獲取知識，能讓學生走上社會后能更快的發展。

　　2、知識遷移法

　　物理規律的美就在于他的普適性，很多知識本身就是相同的，學生學會這一點，處理問題就能舉一反三，游刃有余

　　3、有效閱讀法

　　這是為了克服以前那種死記硬背、生搬硬套的不科學方法，讓學生學會提取信息、構建模型。

　　五、教學過程

　　課堂教學是學生知識的獲得、技能技巧的形成、智力、能力的發展以及情感態度與價值觀養成的主要途徑。為了達到預期的教學目標，我們對整個教學過程進行了以下的設計。

　　高中物理《萬有引力理論的成就》教學設計 5

　　【學習目標】

　　1.了解萬有引力定律的偉大成就，能測量天體的質量及預測未知天體等

　　2.熟練掌握應用萬有引力定律測天體質量的思路和方法。

　　3.體會萬有引力定律在天文學史上取得的巨大成功，激發學科學習激情和探索精神。

　　【學習重難點】

　　1.重點：測天體的質量的思路和方法

　　2.難點：物體的重力和萬有引力的區別和聯系。

　　【學習方法】

　　自主學習、合作交流、講授法、練習法等。

　　【學習過程】

　　一、導入新課：

　　萬有引力定律發現后，尤其是卡文迪許測出引力常量后，立即凸顯出定律的實用價值，能利用萬有引力定律測天體的質量，科學性的去預測未知的天體！這不僅進一步證明了萬有引力定律的正確性，而且確立了萬有引力定律在科學史上的地位，有力地樹立起人們對年輕的物理學的尊敬。

　　二、多媒體展示問題，學生帶著問題學習教材，交流討論。

　　1.說一說物體的重力和萬有引力的區別和聯系

　　2.寫出應用萬有引力定律測天體質量的思路和方法。

　　3.簡述“筆尖下發現的行星”的天文學史事，該史事說明了什么？

　　三、師生互動參與上述問題的學習與討論

　　1.學生互動學習交流發言。

　　2.教師指導、幫助學生進一步學習總結（結合課件展示）。

　　（1）萬有引力和物體的重力

　　地球表面附近的物體隨地球的自轉而做勻速圓周運動，受力分析如圖（1）

　　1）在兩極點:

　　2）除兩極點外：萬有引力的一個分力提供向心力，另外一個分力就是物體受到的重力，由于提供

　　向心力的力很小（即使在赤道上），物體的重力

　　的數值和萬有引力相差很小。

　　3）在赤道處：

　　顯然，地球表面附近隨緯度的增加，重力加速度值略微增大。若忽略地球自轉的影響，物體受到的萬有引力約為物體在該處受到的重力，不予考慮二者的差別。

　　物體在距離地心距離為r（r>R）處的加速度為ar:

　　則:

　　若忽略地球自轉的影響，物體在距離地心距離為r處的重力加速度為gr:

　　則:

　　（2）“科學真是迷人”巧測地球的質量

　　若不考慮地球自轉的影響：，則:

　　地面的重力加速度g和地球半徑R在卡文迪許之前就已知道，卡文迪許測出了引力常量G，就可以算出地球的質量M。這在當時看來就是一個科學奇跡。難怪著名文學家馬克·吐溫滿懷激情地說：“科學真是迷人。根據零星的事實，增添一點猜想，竟能贏得那么多收獲！”

　　（3）計算天體的質量

　　1）計算太陽的質量

　　核心思路方法:萬有引力提供行星做勻速圓周運動的向心力。

　　對行星由牛頓第二定律得：可得：

　　2）計算其他中心天體的質量：

　　核心思路方法:萬有引力提供小星體繞中心天體做勻速圓周運動的向心力。

　　對小星體由牛頓第二定律得：

　　可得：

　　思考與討論：如何進一步測中心天體的密度？

　　中心天體的體積:，中心天體的密度：

　　聯立以上各式得: 。

　　若，則：這是很重要的一個結論。

　　（4）發現未知天體：

　　1）筆尖下發現海王星

　　1781年人們發現矛盾亞當斯和勒維耶計算并預言伽勒發現證實

　　2）哈雷彗星的“按時回歸”

　　1705年英國天文學家哈雷根據萬有引力定律計算了一顆著名彗星的軌道并正確預言了它的回歸。

　　3）海王星的發現和哈雷彗星的“按時回歸”不僅進一步證實了萬有引力定律的正確性，同時也確立了萬有引力定律在科學史上的地位，也成為科學史上的美談。科學定律的可預測性體現的淋漓盡致！

　　四、隨堂練習：

　　例1:開普勒定律不僅適用于太陽系，它對一切具有中心天體的引力系統（如地月系統）都成立。經測定月地距離為3.84×108m，月球繞地球運動的周期為2.36×106S，試計算地球的質量M地。（G=6.67×10-11Nm2/kg2，結果保留一位有效數字）

　　例2:2001年10月22日，歐洲航天局由衛星觀測發現銀河系中心存在一個超大型黑洞，命名為MCG6－30－15，由于黑洞的`強大引力，周圍物質大量掉入黑洞，假定銀河系中心僅此一個黑洞，已知太陽系繞銀河系中心勻速運轉，下列哪一組數據可估算該黑洞的質量（）

　　A.地球繞太陽公轉的周期和速度

　　B.太陽的質量和運行速度

　　C.太陽的質量和到MCG6－30－15的距離

　　D.太陽運行速度和到MCG6－30－15的距離

　　例3:地球可視為球體，其自轉周期為T，在赤道上用彈簧秤測得某物體的重量是在兩極處測得同一物體重量的0.9倍，已知引力常量為G，試求地球的平均密度。

　　例4:某星球的質量是地球質量的9倍，半徑是地球半徑的一半，若從地球上平拋一物體射程為60m，則在該星球上以同樣的初速度，同樣的高度平拋物體，其射程是

　　五、學習目標的自我評價和學習小結

　　本節課首先認識了萬有引力和重力間的差異，后學習了應用萬有引力定律測天體質量的兩種基本方法：1）和2），最后見識了萬有引力定律在探索宇宙過程中發揮的重要作用和地位。

　　六、課后作業：

　　教材P432、3、4

　　高中物理《萬有引力理論的成就》教學設計 6

　　一、課題：

　　萬有引力定律

　　二、課型：

　　概念課（物理按教學內容課型分為：規律課、概念課、實驗課、習題課、復習課）

　　三、課時：

　　1課時

　　四、教學目標

　　（一）知識與技能

　　1.理解萬有引力定律的含義并會用萬有引力定律公式解決簡單的引力計算問題。

　　2.知道萬有引力定律公式的適用范圍。

　　（二）過程與方法：在萬有引力定律建立過程的學習中，學習發現問題、提出問題、猜想假設與推理論證等方法。

　　（三）情感態度價值觀

　　1.培養學生研究問題時，抓住主要矛盾，簡化問題，建立理想模型的處理問題的能力。

　　2.通過牛頓在前人的基礎上發現萬有引力定律的思考過程，說明科學研究的長期性，連續性及艱巨性，提高學生科學價值觀。

　　五、教學重難點

　　重點：萬有引力定律的內容及表達公式。

　　難點：

　　1.對萬有引力定律的理解；

　　2.學生能把地面上的物體所受重力與其他星球與地球之間存在的引力是同性質的力聯系起來。

　　六、教學法：

　　合作探究、啟發式學習等

　　七、教具：

　　多媒體、課本等

　　八、教學過程

　　（一）導入

　　回顧以前對月-地檢驗部分的學習，明確既然太陽與行星之間，地球與月球之間、地球對地面物體之間具有與兩個物體的質量成正比，跟它們的距離的二次方成反比的引力。這里進一步大膽假設：是否任何兩個物體之間都存在這樣的力？

　　引發學生思考：很可能有，只是因為我們身邊的物體質量比天體的質量小得多，我們不易覺察罷了，于是我們可以把這一規律推廣到自然界中任意兩個物體間，即具有劃時代意義的萬有引力定律．然后在學生的興趣中進行假設論證。

　　（二）進入新課

　　學生自主閱讀教材第40頁萬有引力定律部分，思考以下問題：

　　1.什么是萬有引力？并舉出實例。

　　教師引導總結：萬有引力是普遍存在于宇宙中任何有質量的物體之間的相互吸引力。日對地、地對月、地對地面上物體的引力都是其實例。

　　2.萬有引力定律怎樣反映物體之間相互作用的規律？其數學表達式如何？并注明每個符號的單位和物理意義。

　　教師引導總結：萬有引力定律的內容是：宇宙間一切物體都是相互吸引的。兩物體間的引力大小，跟它的質量的乘積成下比，跟它們間的距離平方成反比．式中各物理量的含義及單位：F為兩個物體間的引力，單位：N．m1、m2分別表示兩個物體的質量，單位：kg，r為兩個物體間的距離，單位：m。G為萬有引力常量：G=6．67×10-11N·m2/kg2，它在數值上等于質量是1Kg的物體相距米時的相互作用力，單位：N·m2/kg2．

　　3.萬有引力定律的適用條件是什么？

　　教師引導總結：只適用于兩個質點間的引力，當物體之間的距離遠大于物體本身時，物體可看成質點；當兩物體是質量分布均勻的球體時，它們間的引力也可直接用公式計算，但式中的r是指兩球心間的距離。

　　4.你認為萬有引力定律的發現有何深遠意義？

　　教師引導總結：萬有引力定律的發現有著重要的`物理意義：它對物理學、天文學的發展具有深遠的影響；它把地面上物體運動的規律和天體運動的規律統一起來；對科學文化發展起到了積極的推動作用，解放了人們的思想，給人們探索自然的`奧秘建立了極大信心，人們有能力理解天地間的各種事物。

　　（三）深化理解

　　在完成上述問題后，小組討論，學生在教師的引導下進一步深化對萬有引力定律的理解，即：

　　1.普遍性：萬有引力存在于任何兩個物體之間，只不過一般物體的質量與星球相比太小了，他們之間的萬有引力也非常小，完全可以忽略不計。

　　2.相互性：兩個物體相互作用的引力是一對作用力與反作用力。

　　3.特殊性：兩個物體間的萬有引力和物體所在的空間及其他物體存在無關。

　　4.適用性：只適用于兩個質點間的引力，當物體之間的距離遠大于物體本身時，物體可看成質點；當兩物體是質量分布均勻的球體時，它們間的引力也可直接用公式計算，但式中的r是指兩球心間的距離。

　　（四）活動探究

　　請兩名學生上講臺做個游戲：兩人靠攏后離開三次以上。創設情境，加深學生對本節知識點的印象和運用，請一位同學上臺展示計算結果，師生互評。

　　1．請估算這兩位同學，相距1m遠時它們間的萬有引力多大？（可設他們的質量為50kg）

　　解：由萬有引力定律得：代入數據得：F1=1．7×10-7N

　　2.已知地球的質量約為6．0×1024kg，地球半徑為6．4×106m，請估算其中一位同學和地球之間的萬有引力又是多大？

　　解：由萬有引力定律得：代入數據得：F2=493N

　　3.已知地球表面的重力加速度，則其中這位同學所受重力是多少？并比較萬有引力和重力？

　　解：G=mg=490N。

　　比較結果為萬有引力比重力大，原因是因為在地球表面上的物體所受萬有引力可分解為重力和自轉所需的向心力。

　　（五）課堂小結

　　小結：學生在教師引導下認真總結概括本節內容，完成多媒體呈現的知識網絡框架圖，并把自己這節課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，進行生生互評。

　　（六）布置作業

　　作業：完成“問題與練習”

　　九、板書設計

　　高中物理《萬有引力理論的成就》教學設計 7

　　一、教學目標

　　1.了解萬有引力定律的發現思路和過程;知道什么是萬有引力定律;知道萬有引力常量以及它的測量方法。

　　2.通過逐步建立萬有引力定律的過程，提高演繹思維能力與歸納概括能力，學習物理規律“提出猜想、理論推導、實驗檢驗”的科學研究方法。

　　3.感受物理學的科學魅力，形成嚴謹的思維方式。

　　二、教學重難點

　　【重點】月--地檢驗，萬有引力定律，引力常量。

　　【難點】月--地檢驗的思路。

　　三、教學方法

　　講授法、問答法、練習法

　　四、教學過程

　　(一)導入新課

　　帶領學生回顧太陽與行星的'引力公式。

　　教師追問：行星與太陽間的引力能使行星不能飛離太陽，那是什么力使地面的物體不能離開地球，總要落回地面呢?

　　【設計意圖】通過設置疑問，引發學生思考，導出課題

　　(二)新課講授

　　1、萬有引力的猜想

　　教師講述牛頓對蘋果思考的故事：蘋果成熟后會受重力掉落在地面，如果蘋果樹長在最高的山頂上，蘋果也會受重力落到地面上，并且這個力沒有明顯的變化，如果蘋果樹延伸到月球上，這個力會不會作用到月球上?

　　引出猜想：拉住月球使它繞地球運動的力，與拉著蘋果下落的力是否是同種力?

　　2、萬有引力的檢驗

　　(1)先假定維持月球繞地球運動的力與使蘋果下落的力是同一種力，遵循“平方反比”規律。

　　講解引力常量確定具體數值后的意義：

　　①引力常量是自然界中幾個最重要的物理常量之一。

　　②他為牛頓的萬有引力定律的普遍意義奠定了強有力的實驗基礎，使得萬有引力定律開始在天文學上發展有了重要作用。

　　【設計意圖】良好的課堂互動可以增加學生的學習積極性，實驗觀察鍛煉學生分析總結的能力。

　　(三)鞏固提高

　　舉出兩道關于萬有引力定律的例題進行鞏固。

　　例題一：萬有引力定律表明任何兩個物體之間都存在著萬有引力，但為什么人與人之間不會因為萬有引力而吸在一起?試假設合理的數據進行簡單分析。

　　例題二：已知地球赤道長為L，地球表面重力加速度為g，月球繞地球做圓周運動周期為T，根據這些數據推算月球與地球間的近似距離。

　　【設計意圖】應用所學知識解答問題。

　　(四)小結作業

　　小結：學生總結本節課的內容。

　　作業：課后3道習題。

　　【設計意圖】通過合作、交流，及時小結，讓知識系統化。

　　高中物理《萬有引力理論的成就》教學設計 8

　　一、教學目標

　　1.能說出萬有引力定律內容并進行相關計算。

　　2.通過學習萬有引力定律，提升觀察思考交流能力。

　　3.通過每節課程學習，體會物理與生活的緊密聯系。

　　二、教學重難點

　　【重點】萬有引力定律的理解。

　　【難點】萬有引力定律的應用。

　　三、教學過程

　　環節一：導入新課

　　教師展示視頻：蘋果成熟落地、月球繞地球轉動、地球繞太陽轉動;提問：重力是怎么產生的?地球對蘋果的引力、地球對月球的力和太陽對行星的引力是同一種力嗎?

　　提出猜想：地球對地面物體的引力、地球對月球的力和太陽對行星的引力，是同一種力，遵循相同的規律，由此引入新課。

　　環節二：新課講授

　　教師發放關于月地檢驗實驗的資料小卡片，學生自主閱讀，進行總結：地球與地面物體之間、地球對月球和太陽對行星之間都存在力的作用，屬于同種力，遵循相同的規律。

　　教師進行引導：既然地球對地面物體之間、地球與月球之間、太陽與行星之間的引力、與兩個物體的質量成正比、跟它們的距離的二次方成反比。那么我們可以更大膽設想：是否任何兩個物體之間都存在這樣的.力?滿足同樣的規律?

　　安排學生閱讀教材，獨立思考什么是萬有引力，然后小組內交流討論并發表意見。

　　教師歸納總結：自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質量的乘積成正比、與它們之間距離的二次方成反比。這就是萬有引力定律。

　　高中物理《萬有引力理論的成就》教學設計 9

　　教學目標

　　知識目標

　　1、使學生能應用萬有引力定律解決天體問題：

　　2、通過萬有引力定律計算天體的質量、天體的密度、天體的重力加速度、天體運行的速度等；

　　3、通過應用萬有引力定律使學生能在頭腦中建立一個清晰的解決天體問題的圖景：衛星作圓周運動的向心力是兩行星間的萬有引力提供的。

　　能力目標

　　1、通過使學生能熟練的掌握萬有引力定律；

　　情感目標

　　1、通過使學生感受到自己能應用所學物理知識解決實際問題——天體運動。

　　教學建議

　　應用萬有引力定律解決天體問題主要解決的是：天體的質量、天體的密度、天體的重力加速度、天體運行的速度天文學的初步知識等。教師在備課時應了解下列問題：

　　1、天體表面的重力加速度是由天體的質量和半徑決定的。

　　2、地球上物體的重力和地球對物體的萬有引力的關系：物體隨地球的.自轉所需的向心力，是由地球對物體引力的一個分力提供的，引力的另一個分力才是通常所說的物體受到的重力。

　　教學重點：

　　萬有引力定律的應用

　　教學難點：

　　地球重力加速度問題

　　教學方法：

　　討論法

　　教學用具：

　　計算機

　　教學過程：

　　一、地球重力加速度。

　　問題一：在地球上是赤道的重力加速度大還是兩極的加速度大？

　　這個問題讓學生充分討論：

　　1、有的學生認為：地球上的加速度是不變化的。

　　2、有的學生認為：兩極的重力加速度大。

　　3、也有的的學生認為：赤道的重力加速度大。

　　出現以上問題是因為：學生可能沒有考慮到地球是橢球形的，也有不記得公式的等。

　　教師板書并講解：

　　在質量為、半徑為的地球表面上，如果忽略地球自轉的影響，質量為的物體的重力加速度，可以認為是由地球對它的萬有引力產生的。由萬有引力定律和牛頓第二定律有：

　　則該天體表面的重力加速度為：

　　由此式可知，地球表面的重力加速度是由地球的質量和半徑決定的。而又因為地球是橢球的赤道的半徑大，兩極的半徑小，所以赤道上的重力加速度小，兩極的重力加速度大。也可讓學生發揮得：離地球表面的距離越大，重力加速度越小。

　　問題二：有1kg的物體在北京的重力大還是在上海的重力大？

　　這個問題有學生回答

　　問題三：

　　1、地球在作什么運動？人造地球衛星在作什么運動？

　　通過展示圖片為學生建立清晰的圖景。

　　2、作勻速圓周運動的向心力是誰提供的？

　　回答：地球與衛星間的萬有引力即由牛頓第二定律得：

　　3、由以上可求出什么？

　　①衛星繞地球的線速度：

　　②衛星繞地球的周期：

　　③衛星繞地球的角速度：

　　教師可帶領學生分析上面的公式得：

　　當軌道半徑不變時，則衛星的周期不變、衛星的線速度不變、衛星的角速度也不變。

　　當衛星的角速度不變時，則衛星的軌道半徑不變。

　　課堂練習：

　　1、假設火星和地球都是球體，火星的質量和地球質量。之比，火星的半徑和地球半徑之比，那么離火星表面高處的重力加速度和離地球表面高處的重力加速度。之比等于多少？

　　解：因物體的重力來自萬有引力，所以：

　　則該天體表面的重力加速度為：

　　所以：

　　2、若在相距甚遠的兩顆行星和的表面附近，各發射一顆衛星和，測得衛星繞行星的周期為，衛星繞行星的周期為，求這兩顆行星密度之比是多大？

　　解：設運動半徑為，行星質量為，衛星質量為。

　　由萬有引力定律得：

　　解得：

　　所以：

　　3、某星球的質量約為地球的的9倍，半徑約為地球的一半，若從地球上高處平拋一物體，射程為60米，則在該星球上，從同樣高度以同樣的初速度平拋同一物體，射程應為：

　　A、10米B、15米C、90米D、360米

　　解得：（A）

　　布置作業：

　　探究活動

　　組織學生收集資料，編寫相關論文，可以參考下列題目：

　　1、月球有自轉嗎？（針對這一問題，學生會很容易回答出來，但是關于月球的自轉情況卻不一定很清楚，教師可以加以引伸，比如月球自轉周期，為什么我們看不到月球的另一面？）

　　2、觀察月亮。

　　有條件的讓學生觀察月亮以及星體，收集相關資料，練習地理天文知識編寫小論文。

　　高中物理《萬有引力理論的成就》教學設計 10

　　【教學目標】

　　一、知識與技能

　　1、了解萬有引力定律得出的思路和過程，知道重物下落和天體運動的統一性。

　　2、理解萬有引力定律的含義并會用萬有引力定律公式解決簡單的引力計算問題。

　　3、知道萬有引力定律公式的適用范圍。

　　4、理解萬有引力常量的意義及測定方法，了解卡文迪許實驗室。

　　二、過程與方法

　　1、在萬有引力定律建立過程的學習中，學習發現問題、提出問題、猜想假設與推理論證等方法。

　　2、培養學生研究問題時，抓住主要矛盾，簡化問題，建立理想模型的處理問題的能力。

　　三、情感態度與價值觀

　　1、通過牛頓在前人的基礎上發現萬有引力定律的思考過程，說明科學研究的長期性，連續性及艱巨性，提高學生科學價值觀。

　　2、經過萬有引力常量測定的學習，讓學生體會科學的方法論和物理常量數量級的重要性

　　【教學重點】

　　1、月—地檢驗的推到過程。

　　2、萬有引力定律的內容及表達公式。

　　【教學重點】

　　1、對萬有引力定律的理解。

　　2、使學生能把地面上的物體所受重力與其他星球與地球之間存在的引力是同性質的力聯系起來。

　　【教學設計思想】

　　在本節課教學，將讓學生繼續經歷上節課的萬有引力定律“發現之旅”，為此使整個教學流程力圖體現如下規律發現過程：

　　進一步猜想：“天上”的力與“人間”的力可能出于同一本源？

　　月—地檢驗：這個大膽的想法要由事實檢驗。

　　更大膽地猜想：是否任意兩個物體之間都存在這樣的引力？么樣的規律？

　　公式中的G是比例系數，F是太陽和行星之間的引力，正是太陽和行星之間的引力使得行星不能飛離太陽。那么大家想到過，又是什么力使得地面的物體不能離開地球，總要落回地面呢？

　　為了研究這個問題，下面我們繼續來體驗一下：牛頓發現萬有引力定律的思維過程。

　　一、學生活動：

　　（引導學生回答，教師及時糾正補充）

　　A、行星與太陽間的引力提供作為行星繞太陽近似圓周運動的向心力，從而使得行星不能飛離太陽。

　　B、行星與太陽間的引力F與太陽和行星之間的距離r，行星質量m和太陽質量M有關。

　　C、根據開普勒第一、第二定律和牛頓第三定律推出太陽與行星間的引力遵從的規律

　　二、授新課

　　（一）、進一步猜想

　　教師活動：

　　演示：將塑料制成且內部空心的蘋果置于某位學生頭頂不遠處，靜止釋放。

　　誘思：

　　1、蘋果為什么只砸向這位同學，而不是砸向其他同學呢？

　　2、那么受到重力又是怎么產生的呢？

　　3、地球對蘋果的引力和太陽對行星的引力是否根本就是同一種力？若是這樣，物體離地面越遠，其受到地球的引力就應該越小，比如我們爬到高山上時，察覺到我們受到重力減小了？為什么？

　　4、這樣的高度比起天體之間的距離來說，簡直太小了。如果我們再往遠處設想，物體延伸到月球那么遠，物體將會怎么樣運動？

　　于是我們可以提出這樣的猜想：太陽對行星的引力，地球對月球的力，地球對地面上物體的力，也許真是同一種力，遵循相同的規律？

　　學生活動：

　　（觀察蘋果的運動，啟發學生提出問題，并進行思考討論）

　　1、由于重力方向豎直向下，蘋果在其重力作用下，在這位同學頭頂正上方可認為做豎直向下的自由落體運動。

　　2、由于地球對蘋果的吸引力而產生的可能是同一種力。

　　3、沒有明顯減弱，可能因為還不夠遠。

　　4、可能這個物體會象月球那樣繞著地球運動。

　　（二）、月—地檢驗

　　教師活動：

　　假定上述猜想成立，月球和蘋果的地位相當，則地球對月球的力與地球對蘋果的力應該同樣遵從“平方反比”律，即，那么月球軌道上的物體受到的引力比他在地面附近受到的引力要小。創設情景：

　　在牛頓時代，重力加速度g、月—地的距離r、月球的公轉周期T都能精確的測定，已知r=3。8×108m，T=27 。3天， g=9。8m/s2，月球軌道半徑即月—地的距離r為地球半徑R的60倍，那么：

　　①在月球軌道上的物體受到的引力F1是它在地面附近受到的引力F2的幾分之一？

　　②物體在月球軌道上的加速度a（月球公轉的向心加速度）是它在地面附近下落的加速度g重力加速度（重力加速度）的幾分之一？

　　可見：用數據說明上述設想的正確性，牛頓的設想經受了事實的檢驗，地球對月球的力，地球對地面物體的力真是同一種力。至此，平方反比律已經擴展到太陽與行星之間，地球與月球之間、地球對地面物體之間。學生活動：

　　（通過創設情景中數據，讓學生進行定量計算）

　　①設物體的質量為m在月球軌道上的物體受到的引力，物體在地面附近受到的，則有

　　②設質量為m的物體在月球的軌道上運動的加速度（月球公轉的向心加速度）為a，則，，r=60R，得，代入數據解得

　　（三）、萬有引力定律

　　教師活動：

　　既然太陽與行星之間，地球與月球之間、地球對地面物體之間具有與兩個物體的質量成正比，跟它們的距離的二次方成反比的引力。那么我們可以更大膽設想：是否任何兩個物體之間都存在這樣的力？很可能有，只是因為我們身邊的物體質量比天體的質量小得多，我們不易覺察罷了，于是我們可以把這一規律推廣到自然界中任意兩個物體間，即具有劃時代意義的萬有引力定律。提出問題，閱讀教材：

　　1、什么是萬有引力？并舉出實例。

　　2、萬有引力定律怎樣反映物體之間相互作用的規律？其數學表達式如何？并注明每個符號的單位和物理意義。

　　3、萬有引力定律的適用條件是什么？

　　4、你認為萬有引力定律的發現有何深遠意義？

　　對萬有引力定律的理解：

　　A、普遍性：萬有引力存在于任何兩個物體之間，只不過一般物體的.質量與星球相比太小了，他們之間的萬有引力也非常小，完全可以忽略不計。

　　B、相互性：兩個物體相互作用的引力是一對作用力與反作用力。

　　C、特殊性：兩個物體間的萬有引力和物體所在的空間及其他物體存在無關。

　　D、適用性：只適用于兩個質點間的引力，當物體之間的距離遠大于物體本身時，物體可看成質點；當兩物體是質量分布均勻的球體時，它們間的引力也可直接用公式計算，但式中的r是指兩球心間的距離。

　　學生活動：

　　（提出問題，引導學生根據問題閱讀教材P70—71，教師引導總結）

　　1、萬有引力是普遍存在于宇宙中任何有質量的物體之間的相互吸引力。日對地、地對月、地對地面上物體的引力都是其實例。

　　2、萬有引力定律的內容是：宇宙間一切物體都是相互吸引的。兩物體間的引力大小，跟它們的質量的乘積成下比，跟它們間的距離平方成反比。 式中各物理量的含義及單位：

　　F為兩個物體間的引力，單位：N。

　　m1、m2分別表示兩個物體的質量，單位：kg

　　r為兩個物體間的距離，單位：m

　　G為萬有引力常量：G=6。67×10—11 Nm2/kg2，它在數值上等于質量是1Kg的物體相距米時的相互作用力，單位：Nm2/kg2。

　　3、只適用于兩個質點間的引力，當物體之間的距離遠大于物體本身時，物體可看成質點；當兩物體是質量分布均勻的球體時，它們間的引力也可直接用公式計算，但式中的r是指兩球心間的距離

　　4、萬有引力定律的發現有著重要的物理意義：它對物理學、天文學的發展具有深遠的影響；它把地面上物體運動的規律和天體運動的規律統一起來；對科學文化發展起到了積極的推動作用，解放了人們的思想，給人們探索自然的奧秘建立了極大信心，人們有能力理解天地間的各種事物。

　　（四）、萬有引力常量

　　教師活動：

　　動畫展示：（教材中沒有，補充給學生，如右圖）并介紹構造、演示實驗過程，引導學生一起分析原理。

　　測引力（極小）轉化為測引力矩，再轉化為測石英絲扭轉角度，最后轉化為光點在刻度尺上移動的距離（較大）。根據預先求出的石英絲扭轉力矩跟扭轉角度的關系，可以證明出扭轉力矩，進而求得引力，確定引力恒量的值G=6.754×10—11 Nm2/kg2。

　　根據上述資料結合教材，思考問題：

　　1、試比較卡文迪許測定引力常量的值G和現代引力常量G。并嘗試說明卡文迪許在測G值時巧妙在哪里？

　　2、引力常量的測定有何實際意義？

　　學生活動：

　　著變化量與微小量的關系，算出微小變化量。

　　2、卡文迪許在測定引力恒量G，表明萬有引力定律適用于地面的任何兩個物體，用實驗方法進一步證明了萬有引力定律的普適性；同時使得包括計算星體質量在內的關于萬有引力定律的定量計算成為可能。

　　（五）、實踐探究

　　創設情景：

　　1、請估算這兩位同學，相距1m遠時它們間的萬有引力多大？（可設他們的質量為50kg）

　　2、已知地球的質量約為6.0×1024kg，地球半徑為6.4×106m，請估算其中一位同學和地球之間的萬有引力又是多大？

　　3、已知地球表面的重力加速度，則其中這位同學所受重力位多少？并比較萬有引力和重力？

　　本題小結：由此可見通常物體間的萬有引力極小，一般不易感覺到。而物體與天體間的萬有引力（如人與地球）就不能忽略了。

　　學生

　　活動：兩位同學靠攏后離開三次以上。

　　學生思考回答：萬有引力太小。

　　根據情景中數據，學生進行估算：

　　1。由萬有引力定律得：

　　代入數據得：F1=1。7×10—7N

　　2。由萬有引力定律得：

　　代入數據得：F2=493N

　　3。，比較結果萬有引力比重力大．原因是在地球表面上的物體所受萬有引力可分解為重力和自轉所需的向心力．

　　學生活動：

　　認真總結概括本節內容，完成知識網絡框架圖（如下圖），并把自己這節課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，進而進行生生互評。

　　學生體會：

　　發現萬有引力定律的思維過程：假想——理論推導——實驗檢驗

　　作業：P71頁1—3題

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