高中物理人教版第六章萬有引力與航天萬有引力定律 獲獎作品

第三節(jié)萬有引力定律教學(xué)設(shè)計設(shè)計思想萬有引力定律是本章的重點知識，，本節(jié)內(nèi)容是對上兩節(jié)教學(xué)內(nèi)容的進一步延伸，是下一節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)；萬有引力定律的內(nèi)容固然重要，但讓學(xué)生了解發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的過程、了解牛頓時代的科學(xué)智慧更為重要．本節(jié)課以教師講授為主、學(xué)生探究和展示為輔的教學(xué)方式。講授過程中以物理學(xué)史為主線，讓學(xué)生以科學(xué)家的角度分析、思考問題。力爭抓住這節(jié)課的有利時機，滲透“沒有絕對特殊的物體”這一引起物理學(xué)幾次革命性突破的辯證唯物主義觀點。具體設(shè)計思路：一、新課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，重視學(xué)生科學(xué)探究，在“科學(xué)探究”中學(xué)生自己不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、體會科學(xué)方法、學(xué)會交流合作及通過集體的智慧解決問題。我將發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的過程設(shè)計為教師引導(dǎo)和學(xué)生探究先后結(jié)合的方法。“地球?qū)υ虑虻牧?、地球?qū)Φ孛嫔衔矬w的力、太陽對行星的力，真是同一種力嗎？”這個過程中所涉及到的邏輯思維和數(shù)學(xué)推導(dǎo)給學(xué)生帶來的困難則由教師適時引導(dǎo)。當(dāng)學(xué)生親自動手，計算出月球軌道上物體運動的加速度就是地面物體下落加速度的倍時，學(xué)生一定會由衷地感嘆自然界的和諧統(tǒng)一和科學(xué)的無窮魅力。二萬有引力定律既是一個獨立的科學(xué)定律，又是牛頓經(jīng)典力學(xué)體系的重要組成部分。是普遍存在于宇宙中的任何有質(zhì)量的物體（大到天體小到微觀粒子）間的相互吸引力，是自然界的物體間的基本相互作用之一．對人類認(rèn)識和探索未知世界有著重要的意義。教學(xué)中要讓學(xué)生知道學(xué)習(xí)萬有引力定律不只是用來做幾道題，而是一個人科學(xué)素養(yǎng)的具體體現(xiàn)。三、我讓學(xué)生查找關(guān)于卡文迪許的資料、做成ppt并讓兩到三組同學(xué)在課堂展示。增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時鍛煉學(xué)生的語言組織能力和表達(dá)能力。四、將不易測量的微小量轉(zhuǎn)化為可測量的物理量的方法是學(xué)中重要且常用的研究方法。通過卡文迪許扭秤實驗對學(xué)生進行的物理思想和科學(xué)方法的滲透。同時也能說明科學(xué)實驗是發(fā)現(xiàn)科學(xué)真理的基礎(chǔ)，也是檢驗科學(xué)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。教學(xué)目標(biāo)知識與技能了解萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的思路和過程，知道地球上的重物下落與天體運動的統(tǒng)一性。知道萬有引力是一種存在于所有物理之間的吸引力，知道萬有引力的適用范圍。會用萬有引力定律解決簡單的引力計算問題，知道萬有引力定律公式中r的物理意義，了解引力常量G的測定在科學(xué)史上的重大意義。過程與方法：1．通過對萬有引力的學(xué)習(xí)，使學(xué)生體會在科學(xué)規(guī)律發(fā)現(xiàn)過程猜想與求證的重要性。2．通過展示卡文迪許扭秤的設(shè)計方法，滲透科學(xué)發(fā)現(xiàn)與科學(xué)實驗的方法論教育．情感態(tài)度與價值觀：理解科學(xué)發(fā)現(xiàn)、發(fā)展的過程和規(guī)律；感悟自然界的統(tǒng)一、和諧美；感悟科學(xué)家追求和宣傳科學(xué)真理所表現(xiàn)出的堅定信念和獻(xiàn)身精神；教學(xué)重點萬有引力定律的內(nèi)容及數(shù)學(xué)表達(dá)式教學(xué)難點萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的思路扭秤實驗的物理思想和科學(xué)方法;教學(xué)資源多媒體資料、卡文迪許扭秤的模型教法設(shè)計講授法、學(xué)生合作探究、學(xué)生課前查找資料課上展示、多媒體輔助教學(xué)教學(xué)過程教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖一、萬有引力的猜想：二、探究猜想：三、萬有引力定律：四、引力常量G的測定課堂小結(jié)課后作業(yè)一、萬有引力的猜想：復(fù)習(xí)：1．行星運動是按照什么規(guī)律運行的呢？2．牛頓時代的科學(xué)家認(rèn)為什么原因使行星繞太陽運動？3．太陽與行星之間作用力的規(guī)律是什么？引入：粉筆頭、樹上的蘋果自由下落，為什么是向下運動，而不是向其他方向運動呢？那么重力又是怎么產(chǎn)生的呢？地球?qū)Ψ酃P頭的引力與太陽與行星之間的作用力是不是一種力呢？另外，地面上的物體距地面很遠(yuǎn)時，如在高山上，似乎重力沒有明顯的減弱，難道在高山上還不夠遠(yuǎn)嗎？如果物體延伸到月球那么遠(yuǎn)，物體是否也會向月球那樣圍繞地球運動？地球?qū)υ虑虻牧?、地球?qū)Φ孛嫔衔矬w的力、太陽對行星的力，真是同一種力？二、探究猜想：這個大膽的想法需要由事實檢驗，假如地球?qū)υ虑虻牧?、地球?qū)Φ孛嫔衔矬w的力真是同一種力，同樣遵循平方反比規(guī)律。又由牛二定律：可知月球軌道半徑約為地球半徑的60倍。月球軌道上物體運動的加速度就應(yīng)該是地面物體下落加速度的倍。怎樣求出月球軌道上物體運動的加速度？由于月球運動周期易于觀測，所以用月球到地球的距離,月球公轉(zhuǎn)周期天，同學(xué)們能否根據(jù)以上數(shù)據(jù)說明上述猜想的正確性？結(jié)論：地球?qū)υ虑虻牧Α⒌厍驅(qū)Φ孛嫔衔矬w的力、太陽對行星的力，確實是同一種力.三、萬有引力定律：由上面的結(jié)論推廣：引力存在于任何兩個物體之間，也正因為此，這個引力稱做萬有引力。1表述：自然界中任何兩個物體之間都存在相互作用的引力，引力的大小跟這兩個物體的質(zhì)量和的乘積成正比，跟兩物體之間的距離的平方成反比。――1687年發(fā)表在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》上。2公式表示：3適用條件①萬有引力定律只適用于質(zhì)點間引力大小的計算。②當(dāng)兩物體是質(zhì)量均勻分布的球體時，它們間的引力也可直接用公式計算，但式中的r是指兩球心間距離。③當(dāng)研究物體不能看成質(zhì)點時，可以把物體假想分割成無數(shù)個質(zhì)點，求出兩個物體上每個質(zhì)點與另一物體上所有質(zhì)點的萬有引力，然后求合力。（此方法僅給學(xué)生提供一種思路）4對萬有引力定律的進一步理解（1）．普遍性：萬有引力是普遍存在于宇宙中的任何有質(zhì)量的物體（大到天體小到微觀粒子）間的相互吸引力，它是自然界的物體間的基本相互作用之一．（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，符合牛頓第三定律．（3）．宏觀性：通常情況下，萬有引力非常小，只有在質(zhì)量巨大的天體間或天體與物體間它的存在才有宏觀的物理意義．在微觀世界中，粒子的質(zhì)量都非常小，粒子間的萬有引力很不顯著，萬有引力可以忽略不計課堂練習(xí)1：既然任何物體間都存在著引力，為什么當(dāng)兩個人接近時不會吸在一起？我們通常分析物體的受力時是否需要考慮物體間的萬有引力？請你根據(jù)實際中的情況，假設(shè)合理的數(shù)據(jù)，通過計算說明以上兩個問題。．四、引力常量G的測定1686年牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力，但由于當(dāng)時實驗條件和技術(shù)的限制，很難精確地測定上述比例式中比例系數(shù)．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，第一次在實驗室里對兩個物體間的引力大小作了精確的測量和計算，比較準(zhǔn)確地測出了引力常量．1．卡文迪許扭秤實驗扭秤的主要部分是：一個T字形輕而結(jié)實的框架，倒掛在一根石英絲下。在T形架的兩端各固定一個小球，再在每個小球的附近各放一個大球，根據(jù)萬有引力定律，大球會對小球產(chǎn)生引力，T形架會隨之扭轉(zhuǎn)，只要測出其扭轉(zhuǎn)的角度，就可以測出引力的大小。由于引力很小，這個扭轉(zhuǎn)的角度會很小。怎樣才能把這個角度測出來呢？卡文迪許在T形架上裝了一面小鏡子，用一束光射向鏡子，經(jīng)鏡子反射后的光射向遠(yuǎn)處的刻度尺，當(dāng)鏡子與T形架一起發(fā)生一個很小的轉(zhuǎn)動時，刻度尺上的光斑會發(fā)生較大的移動。這樣，就起到一個化小為大的效果，通過測定光斑的移動，測定了T形架在放置大球前后扭轉(zhuǎn)的角度，從而測定了此時大球?qū)π∏虻囊?。扭秤裝置把微小力轉(zhuǎn)變成力矩來反映（一次放大），扭轉(zhuǎn)角度又通過光標(biāo)的移動來反映（二次放大）．從而確定物體間的萬有引力．2引力常量3測定引力常量G的重要意義（1）．證明了萬有引力的存在．（2）．扭秤實驗的物理思想和科學(xué)方法“開創(chuàng)了測量弱力的新時代”……英國物理學(xué)家玻印廷語．練習(xí)2：大麥哲倫云和小麥哲倫云是銀河系外離地球最近的星系。大麥哲倫云的質(zhì)量為太陽質(zhì)量的1010倍，即104kg，小麥哲倫云的質(zhì)量為太陽質(zhì)量的109倍，兩者相距光年，求它們之間的引力。練習(xí)3：一個質(zhì)子有兩個u夸克和一個d夸克組成。一個夸克的質(zhì)量是kg，求兩個夸克相距m時的萬有引力。請同學(xué)們思考，今天我們通過什么方法、得到了什么定律？有什么收獲？引力常量G的測出，使得萬有引力定律在天文學(xué)的發(fā)展上起了重要的作用，請同學(xué)們通過網(wǎng)絡(luò)或書籍查閱相關(guān)資料，寫一篇關(guān)于萬有引力定律應(yīng)用的小文章。學(xué)生思考、回答：開普勒行星運動定律太陽與行星之間的引力學(xué)生回答:重力的方向是豎直向下學(xué)生思考：300多年前牛頓苦思冥想的猜想：“天上”的力與“人間”的力可能出于同一本源?學(xué)生討論、提出方案學(xué)生分析討論應(yīng)該運用哪個公式請一名同學(xué)對過程說明＝＝學(xué)生討論、練習(xí)讓學(xué)生查找關(guān)于卡文迪許的資料、做成ppt并在課堂展示學(xué)生思考計算學(xué)生思考計算復(fù)習(xí)舊知引入新課通過啟發(fā)式的設(shè)問,激發(fā)學(xué)生的探究興趣與想象力教師引導(dǎo)讓學(xué)生將圓周運動的知識運用到實際問題處理中。讓學(xué)生自己動手推導(dǎo)，得出結(jié)論。有更強的說服力。讓學(xué)生通過計算體會到周圍一般物體之間的萬有引力很小，說明作受力分析時可以忽略兩個人體之間的萬有引力；讓學(xué)生領(lǐng)會扭秤實驗的物理思想和科學(xué)方法;讓學(xué)生體會到是萬有引力主宰著天體之間的關(guān)系；讓學(xué)生體會到微觀粒子之間萬有引力更加小。板書設(shè)計萬有引力定律一、萬有引力的猜想：太陽對行星的力、地球?qū)υ虑虻牧Α⒌厍驅(qū)μO果的力是同一種力嗎？二、探究猜想：?？芍虑蜍壍郎衔矬w運動的加速度就應(yīng)該是地面物體下落加速度的倍。三、萬有引力定律：1表述：2公