魯科版必修2 萬有引力定律及引力常量的測定 第1課時(shí) 教案.doc

5.1萬有引力定律及引力常量的測定教案學(xué)科物理任課教師上課班級上課時(shí)間教學(xué)內(nèi)容5.1萬有引力定律及引力常量的測定課型新授法制滲透內(nèi)容愛國教育課時(shí)2課標(biāo)要求通過有關(guān)事實(shí)了解萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程。知道萬有引力定律。認(rèn)識萬有引力定律的重要意義。體會科學(xué)定律對人類探索未知世界的作用。體會科學(xué)研究方法對人們認(rèn)識自然的重要作用。三維目標(biāo)一、知識與技能1.了解地心說和日心說，了解萬有引力定律的發(fā)展過程，知道開普勒三個(gè)定律；2.了解萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程，理解萬有引力定律；5.知道萬有引力常量的測定方法及常量在物理學(xué)上的重要意義。二、過程與方法1 通過課件模擬天體的運(yùn)動說明開普勒三個(gè)定律2.了解科學(xué)研究方法對人們認(rèn)識自然的重要性，認(rèn)識卡文迪許實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法及重要意義。三、情感態(tài)度與價(jià)值觀1.通過有關(guān)史實(shí)了解萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程，體會科學(xué)探索過程的曲折與艱辛，認(rèn)識發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的重要意義。2.體會科學(xué)定律對人類探索未知世界的作用及科學(xué)家勇于探索、實(shí)事求是的態(tài)度與精神。教學(xué)重點(diǎn) 萬有引力定律教學(xué)難點(diǎn)引力常量的測定方法教學(xué)方法及突破重難點(diǎn)的措施從人類對天體運(yùn)動的認(rèn)識過程的討論回顧及補(bǔ)充，師生共同學(xué)習(xí)了解萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程，同時(shí)說明萬有引力定律還會在相對論的領(lǐng)域加以修正，灌輸科學(xué)不斷發(fā)展的認(rèn)識。按歷史發(fā)展的腳步順勢借助多媒體講解開普勒三定律及萬有引力定律。得出萬有引力定律表達(dá)式后讓學(xué)生計(jì)算兩個(gè)一百千克相距一米的質(zhì)點(diǎn)間的引力大小，分析改力如何測量，引出“引力常量的測定”。此處通過史實(shí)簡介讓學(xué)生體會科學(xué)發(fā)展的曲折與艱辛。動畫輔助介紹卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)，討論形式感受該實(shí)驗(yàn)中直接測量轉(zhuǎn)為間接測量的思想與放大法的應(yīng)用與巧妙。教學(xué)用具一根細(xì)線，多媒體動畫教學(xué)時(shí)間教學(xué)過程與方法教師活動學(xué)生活動導(dǎo)入新課新課教學(xué)一、行星運(yùn)動的規(guī)律1.地心說亞里士多德，托勒密2.日心說哥白尼3.第谷、開普勒的研究與貢獻(xiàn)補(bǔ)充橢圓知識開普勒三定律1. 橢圓定律2. 面積定律3. 周期定律鞏固練習(xí)二、萬有引力定律引入萬有引力定律回顧牛頓對天體運(yùn)動的思考推到萬有引力定律萬有引力定律：自然界中任何兩個(gè)物體都是相互吸引的，引力的方向沿兩物體的連線，引力的大小f與兩個(gè)物體的乘積成正比，與他們的距離r的平方成反比。練習(xí)鞏固三、引力常量的測定及其意義展示圖片分析卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)的原理與方法分析總結(jié)引力常量測定的意義計(jì)算地球質(zhì)量總結(jié)板書設(shè)計(jì)展示太空中星系、行星運(yùn)轉(zhuǎn)、太空站、火箭發(fā)射的圖片。面對浩瀚的星空，哪里是宇宙中心，各天體運(yùn)動的規(guī)律如何，為什么飛船能像月亮一樣圍繞地球旋轉(zhuǎn)，飛船在什么條件下能掙脫地球的束縛？本章學(xué)習(xí)我們將會解開部分答案。板書：5.1 萬有引力定律及引力常量的測定一、行星運(yùn)動的規(guī)律多媒體輔助簡介地心說、日心說及代表人物，介紹第谷對開普勒三定律、萬有引力定律的貢獻(xiàn)，簡介第谷、開普勒兩位科學(xué)家。補(bǔ)充橢圓知識：介紹橢圓的畫法開普勒三定律（多媒體課件展示）1.開普勒第一定律（橢圓定律）：每一行星沿一個(gè)橢圓軌道環(huán)繞太陽，而太陽則處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。2.開普勒第二定律（面積定律）：太陽與任何一個(gè)行星的連線（矢徑）在相等時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等。sab=scd=sek3.開普勒第三定律（周期定律）：行星繞太陽運(yùn)行軌道半長軸r的立方與其周期t的平方成正比。r3/t2=k其中r為行星公轉(zhuǎn)軌道半長軸、t為行星公轉(zhuǎn)周期、k=常數(shù)。說明：k與行星無關(guān)，與太陽（中心天體）有關(guān) 。說明：中學(xué)階段對行星的研究都可把軌道看做一個(gè)圓周。多媒體展示練習(xí)：、關(guān)于行星繞太陽運(yùn)動的下列說法中正確的是（ ）a、所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽運(yùn)動。b、行星繞太陽運(yùn)動時(shí)太陽位于行星軌道的中心處。c、離太陽越近的行星運(yùn)動周期越長。d、所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。二、萬有引力定律引入課題：上一章學(xué)習(xí)了圓周運(yùn)動，我們知道做圓周運(yùn)動的的物體都需要一個(gè)向心力，這個(gè)力是由物體實(shí)際受到的力提供的，那月球等天體做圓周運(yùn)動的向心力由誰提供呢？介紹科學(xué)家對行星運(yùn)動原因的各種猜想。演示粉筆頭自由下落并提問：1.粉筆頭下落的原因？2.地球?qū)Ψ酃P頭的引力與對月球的引力是否是一個(gè)力？牛頓總結(jié)了地球?qū)Φ孛嫔系奈矬w的引力、太陽對行星的引力、以及行星對衛(wèi)星的引力，都遵守相同的規(guī)律，是同一性質(zhì)的力。牛頓把這種引力規(guī)律做了推廣，在1687年發(fā)表了萬有引力定律。 引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)開普勒第三定律、向心力公式和牛頓第三定律推到萬有引力的表達(dá)式。所有行星軌道半徑的三次方與運(yùn)動周期的二次方之比是一個(gè)定值，即開普勒第三定律。根據(jù)圓周運(yùn)動向心力關(guān)系：，把t2=r3/k代入，得：.其中m為行星質(zhì)量，r為行星軌道半徑，即太陽與行星的距離.也就是說，太陽對行星的引力正比于行星的質(zhì)量而反比于太陽與行星的距離的平方。f牛頓第三定律，即作用力等于反作用力，用在這里，就是行星對太陽也有引力。同時(shí)，太陽也不是一個(gè)特殊物體，它和行星之間的引力也應(yīng)與太陽的質(zhì)量m成正比，即f用語言表述，就是：太陽與行星之間的引力，與它們質(zhì)量的乘積成正比，與它們距離的平方成反比。這就是牛頓的萬有引力定律。如果改寫為等式，則為：其中g(shù)為一個(gè)常數(shù)，叫做引力常量(視學(xué)生情況，可強(qiáng)調(diào)與物體重力只是用同一字母表示，并非同一個(gè)含義)。說明：牛頓得出這個(gè)規(guī)律，是在與胡克等人的探討中得到的。萬有引力定律內(nèi)容:自然界中任何兩個(gè)物體都是相互吸引的，引力的方向沿兩物體的連線，引力的大小f與兩個(gè)物體的乘積成正比，與他們的距離r的平方成反比?！局R拓展】下面我們對萬有引力定律作進(jìn)一步的說明：(1)萬有引力存在于任何兩個(gè)物體之間。 (2)萬有引力定律中的距離r，其含義是兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的距離。兩個(gè)物體相距很遠(yuǎn)，則物體一般可以視為質(zhì)點(diǎn)。但如果是規(guī)則形狀的均勻物體相距較近，則應(yīng)把r理解為它們的幾何中心的距離。(3)萬有引力是因?yàn)槲矬w有質(zhì)量而產(chǎn)生的引力。從萬有引力定律可以看出，物體間的萬有引力由相互作用的兩個(gè)物體的質(zhì)量決定，所以質(zhì)量是萬有引力產(chǎn)生的原因。從這一產(chǎn)生原因可以看出：萬有引力不同于我們初中所學(xué)習(xí)過的電荷間的引力及磁極間的引力，也不同于我們以后要學(xué)習(xí)的分子間的引力。練習(xí)：試估算距離10m的兩個(gè)各位100kg的可看作質(zhì)點(diǎn)的物體（人）間的萬有引力大小。提問：如何測出萬有引力的大??？引出下一課題介紹：牛頓得出萬有引力定律表達(dá)式后，包括牛頓在內(nèi)的很多人做了大量實(shí)驗(yàn)想要測量萬有引力大小以得出引力常量，進(jìn)而得出地球甚至是太陽的質(zhì)量，但都以失敗告終。直到一百多年后，卡文迪許多次實(shí)驗(yàn)最后測出了引力常量，故他也被稱為“能稱出地球質(zhì)量的人”。三、引力常量的測定及其意義（一）引力常量g的測定1.卡文迪許扭秤裝置（如圖，課件展示）2.實(shí)驗(yàn)的原理：兩次放大及等效的思想.扭秤裝置把微小力轉(zhuǎn)變成力矩來反映（一次放大），扭轉(zhuǎn)角度通過光標(biāo)的移動來反映（二次放大），從而確定物體間的萬有引力。（類比微小形變的放大）t形架在兩端質(zhì)量為m的兩個(gè)小球受到質(zhì)量為m的兩大球的引力作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)，引力的力矩為fl。同時(shí)，金屬絲發(fā)生扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生一個(gè)相反的力矩k，當(dāng)這兩個(gè)力的力矩相等時(shí)，t形架處于平衡狀態(tài)，此時(shí)，金屬絲扭轉(zhuǎn)的角度可根據(jù)小鏡從上的反射光在刻度尺上移動的距離求出，由平衡方程：k=fl，.l為兩小球的距離，k為扭轉(zhuǎn)系數(shù)，可測出，r為小球與大球的距離.3.g的值： 6.6710-11 nm2/kg2說明：g不是重力，有單位（二）測定引力常量的重要意義1.證明了萬有引力存在的普遍性。2.萬有引力定律有了真正的實(shí)用價(jià)值，可測定遠(yuǎn)離地球的天體的質(zhì)量、密度等。3.扭秤實(shí)驗(yàn)巧妙利用等效法合理地將微小量進(jìn)行放大，開創(chuàng)了測量弱力的新時(shí)代。展示問題：已知月球繞地球轉(zhuǎn)動的軌道半徑約為38萬公里，轉(zhuǎn)動周期t約為27.3d，使計(jì)算地球質(zhì)量m。提示：月球繞地球轉(zhuǎn)動可看做勻速圓周運(yùn)動，向心力由誰提供？問：若讓求地球的平均密度，接下來又該如何解呢？提示球的體積公式卡文迪許測定的g值為6.75410-11，現(xiàn)在公認(rèn)的g值為6.6710-11.需要注意的是，這個(gè)萬有引力恒量是有單位的：它的單位應(yīng)該是乘以兩個(gè)質(zhì)量的單位千克，再除以距離的單位米的平方后，得到力的單位牛頓，故應(yīng)為nm2/kg2.g=6.6710-11 nm2/kg2由于萬有引力恒量的數(shù)值非常小，所以一般質(zhì)量的物體之間的萬有引力是很小的，這么小的力我們是根本感覺不到的。只有質(zhì)量很大的物體對一般物體的引力我們才能感覺到，如地球?qū)ξ覀兊囊Υ笾戮褪俏覀兊闹亓??？偨Y(jié)：本節(jié)我們學(xué)習(xí)了開普勒的三個(gè)解釋行星運(yùn)動的定律、萬有引力定律，了解了任何兩個(gè)有質(zhì)量的物體間都存在萬有引力，這個(gè)力大小計(jì)算式為：其中g(shù)為引力常量，為6.6710-11 nm2/kg2我們還了解了科學(xué)家分析問題、解決問題的方法和技巧，希望這些對我們今后分析問題有所借鑒作用。作業(yè)：試結(jié)合地球質(zhì)量的計(jì)算方法，查閱地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道半徑，計(jì)算太陽的質(zhì)量。觀察圖片，感受宇宙的浩瀚無邊，思考介紹地心說、日心說；了解第谷、開普勒了解橢圓的畫法，明確橢圓的焦點(diǎn)、長軸、短軸，了解橢圓中a、b、c的關(guān)系及偏心率。根據(jù)圓周運(yùn)動的規(guī)律討論行星在近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)，哪點(diǎn)的速率大，哪點(diǎn)的角速度大？通過信息窗中行星繞太陽運(yùn)動的有關(guān)數(shù)據(jù)，歸納總結(jié)（或驗(yàn)證）開普勒第三定律，認(rèn)識到人們把行星繞太陽的運(yùn)動開左勻速圓周運(yùn)動的合理性。練習(xí)鞏固開普勒三定律回顧向心力思考向心力來源回答：粉筆受重力作用。了解牛頓的思考結(jié)合開普勒第三定律、向心力公式和牛頓第三定律，在老師引導(dǎo)下共同推導(dǎo)得出萬有引力與r的平方成反比，與兩物體質(zhì)量乘積成正比。得出萬有引力定律表達(dá)式。（此處可結(jié)合學(xué)生情況加以引導(dǎo)）學(xué)生疑問：既然兩個(gè)物體間都存在引力，為什么當(dāng)兩個(gè)人接近時(shí)他們不吸在一起？帶入公式計(jì)算結(jié)果，把結(jié)果與兩個(gè)雞蛋的重力（約為1n）比較，感受地面上的物體間引力的大小。體會人們對科學(xué)規(guī)律的不懈追求和對未知的渴望觀察圖片，了解其中的原理及巧妙之處感受放大法的應(yīng)用與巧妙了解g的計(jì)算過程再次了解引力常量大小討論總結(jié)引力常量測定的重要意義閱讀教材94頁“方法點(diǎn)撥”了解直接測量轉(zhuǎn)為間接測量是科學(xué)研究中普遍采用的方法。分析問題，結(jié)合提示列式求解回憶密度公式與球體的體積公式總結(jié)回顧明確表達(dá)式中各符號的含義及萬有引力定律的適用條件教學(xué)反思這節(jié)內(nèi)容是這一章的重點(diǎn)，在教學(xué)過程中既