高中物理教案：第六章萬有引力定律（三、引力常量的測定）

1、第六章萬有引力定律（三、引力常量的測定）教學(xué)目標(biāo)：1了解卡文迪許實驗裝置及其原理。2知道引力常量的意義及其數(shù)值。3加深對萬有引力定律的理解。教學(xué)重點：引力常量的測定及重要意義。教學(xué)難點：卡文迪許用扭秤測量引力常量的原理。教學(xué)方法：引導(dǎo)式教學(xué)過程：一引入新課牛頓雖然發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，由于當(dāng)時實驗條件和技術(shù)的限制，沒能給出準確的引力常量。顯然，如不能定量地算出兩物體間的萬有引力的大小，萬有引力定律就沒有什么實際意義。直到1789年，英國物理學(xué)家卡文迪許巧妙地利用了扭秤裝置，第一次在實驗室里比較準確地測出引力常量。這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)他如何利用扭秤測出非常小的萬有引力的。二新課教學(xué)（一）引力常量G的

2、測定1卡文迪許扭秤裝置將課本P106圖62制成幻燈片或課件以輔助講解。2扭秤實驗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。T形架在兩端質(zhì)量為m的兩個小球受到質(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，金屬絲發(fā)生扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生一個相反的力矩，當(dāng)這兩個力的力矩相等時，T形架處于平衡狀態(tài)，此時，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：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。3G的值卡文迪許利用扭秤多次進行測量，得出引力常量，與現(xiàn)在公

3、認的值非常接近。(二）測定引力常量的重要意義1證明了萬有引力的存在的普遍性。2使得萬有引力定律有了真正的實用價值，可測定遠離地球的天體的質(zhì)量、密度等。3扭秤實驗巧妙地利用等效法合理地將微小量進行放大，開創(chuàng)了測量弱力的新時代。三例題分析例1既然兩個物體間都存在引力，為什么當(dāng)兩個人接近時他們不吸在一起？解：由于人的質(zhì)量相對于地球質(zhì)量非常小，因此兩人靠近時，盡管距離不大，但他們之間的引力比他們各自與地球的引力要小得多得多，不足以克服人與地面間的摩擦阻力，因而不能吸在一起。例2已知地球的半徑，地面重力加速度，求地球的平均密度。解：設(shè)在地球表面上有一質(zhì)量為m的物體，則，得， 而，代入數(shù)據(jù)得四布置作業(yè)閱讀

4、材料第一個現(xiàn)代物理實驗室19世紀末葉，物理學(xué)進入了一個新發(fā)展時期，推動物理學(xué)發(fā)展的物理實驗，同時從經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展時期以個人為主輔以簡單儀器進行研究的形式，發(fā)展到近代物理學(xué)研究中集體分工合作并配備高級精密儀器的形式。這種發(fā)展，導(dǎo)致現(xiàn)代物理實驗室的出現(xiàn)。最早的現(xiàn)代物理實驗室是英國的卡文迪許實驗室。不少人以為這個實驗室是著名的英國科學(xué)家、引力常數(shù)的測定者、確定水的組成并發(fā)現(xiàn)氫氣的亨利卡文迪許建造的，其實不是這么回事。當(dāng)卡文迪許實驗室建成時，亨利卡文迪許離開人間已有半個多世紀了?？ㄎ牡显S實驗室是在英國公爵德馮夏爾卡文迪爾的資助下建成的。這位同姓的公爵是亨利 卡文迪許的親戚?？ㄎ牡显S實驗室于1872年破土動工，兩年后就在劍橋自由學(xué)校巷里建成。說也奇怪，這個物理實驗室竟是在一位著名的理論物理學(xué)家麥克斯韋的領(lǐng)導(dǎo)下籌建的，他還是它的第一任主任。為了給實驗室增添儀器，麥克斯韋拿出了自己不多的積蓄?？ㄎ牡显S實驗室它不僅出成果，而且出人才。許多有成就的物理學(xué)家都曾在這里受到過現(xiàn)代物理學(xué)的熏陶。領(lǐng)導(dǎo)卡文迪許實驗室的都是成就輝煌、赫赫有名的現(xiàn)代物理學(xué)大師。繼麥克斯韋之后，任卡文迪許實驗室主任的有：現(xiàn)代聲學(xué)和光學(xué)的奠基人瑞利，電子的發(fā)展者JJ湯姆遜(他在2