引力常量的测定教案
万有引力定律及引力常量的测定教案
万有引力定律及引力常量的测定教案一、教学目标1. 让学生理解万有引力定律的内容及适用范围。
2. 让学生掌握引力常量的测定方法。
3. 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 万有引力定律的发现历程2. 万有引力定律的数学表达式3. 万有引力定律的适用范围4. 引力常量的测定方法5. 引力常量的数值及意义三、教学重点与难点1. 万有引力定律的数学表达式及适用范围2. 引力常量的测定方法及数值意义四、教学方法1. 采用讲授法讲解万有引力定律的发现历程、数学表达式及适用范围。
2. 采用实验法引导学生测定引力常量。
3. 采用案例分析法分析引力常量在实际中的应用。
五、教学准备1. 教案、教材、多媒体设备2. 实验器材：弹簧测力计、钩码、细绳、桌子等教案内容：一、导入（5分钟）1. 通过提问方式引导学生回顾牛顿的贡献。
2. 引出本节课的主题——万有引力定律。
二、万有引力定律的发现历程（10分钟）1. 讲解牛顿发现万有引力定律的过程。
2. 介绍万有引力定律的数学表达式F=G(m1m2)/r^2。
三、万有引力定律的适用范围（10分钟）1. 讲解万有引力定律适用的对象：质点、均匀球体、均匀球壳。
2. 讲解万有引力定律不适用的对象：非质点、非均匀物体。
四、引力常量的测定方法（15分钟）1. 讲解引力常量的测定方法：扭秤实验、重力加速度实验。
2. 引导学生思考如何设计实验测定引力常量。
五、引力常量的数值及意义（10分钟）1. 讲解引力常量的数值：G=6.67×10^-11 N·m^2/kg^2。
2. 讲解引力常量的意义：在宇宙尺度上描述天体运动的规律。
六、课堂小结（5分钟）1. 回顾本节课所学内容，强调万有引力定律的数学表达式及适用范围。
2. 强调引力常量的测定方法及数值意义。
七、作业布置（5分钟）1. 请学生总结万有引力定律的发现历程。
2. 请学生设计实验测定引力常量。
八、课后反思（教师）1. 总结本节课的教学效果，调整教学方法。
万有引力定律及引力常量的测定教学设计
1．重点：理解万有引力定律的含义及表达式 2．难点：对万有引力定律的理解
在本节课教学，将让学生经历万有 引力定律“发现之旅”，为此使整个教 学流程力图体现如下： 探索历程：地心说→日心说→圆周模型 →椭圆模型（修正）→开普勒行星规律 通过猜想──理论推导──实验检验等 过程，让学生在物理情景中主动的参与 知识的构建过程，体会这种充满着大胆 的设想、巧妙的验证和从中体现着的科 学探律前，学生已经对力、 重力、向心力、加速度、重力加速度（即自由落体运动的 加速度）、向心加速度等概念有了较好的理解，并且掌握 自由落体运动和圆周运动等运动规律，能熟练运动牛顿运 动定律解决动力学问题。已经完全具备深入探究和学习万 有引力定律的能力。
一、知识与技能： 1．了解万有引力定律得出的思路和过程，理解万有引力定律 的含义，掌握万有引力定律的公式； 2．知道任何物体间都存在着万有引力，且遵循相同的规律。 3、了解万有引力常量的意义及测定方法。 二、过程与方法： 1．通过万有引力的发展史了解并引出万有引力定律。 2．在万有引力定律建立过程的学习中，学习发现问题、提出 问题、猜想假设、推理论证与实践检验等方法。 三、情感态度与价值观： 1. 通过牛顿在前人的基础上发现万有引力定律的思考过程， 说明科学研究的长期性，连续性及艰巨性，提高学生科学 价值观。
一、引入新课
一、天体的运动情况
1．地心说 2．日心说 3．圆周模型、椭圆模型 4．开普勒三定律 1．内容
二、 新 课 教 二、万有引力定律 学
2．表达式及适用条件
3．万有引力常量G 4．万有引力定律的理解
三、引力常量的测定
一、天体做什么运动
1、探索历程：地心说→日心说→圆周模型→椭圆模型（修正）→开普勒行星规律 （1）轨道定律： 2、开普勒行星规律 （2）面积定律： （3）周期定律：
高中物理第五章5.1万有引力定律及引力常量的测定教案3鲁科版必修2
5.1《万有引力定律及引力常量的测定》一、教学目标知识与技能：1．了解万有引力定律得出的思路和过程，理解万有引力定律的含义，掌握万有引力定律的公式；2．知道任何物体间都存在着万有引力，且遵循相同的规律。
过程与方法：1．翻阅资料详细了解牛顿的“月-地”检验。
2．根据前面所学内容推导万有引力定律的公式以加深记忆，理解其内容的含义。
情感态度与价值观：1．通过学习认识和借鉴科学的实验方法，充实自己的头脑，更好地去认识世界，提高科学的价值观。
2．通过逻辑推理体验其乐趣，提高分析问题、解决问题的能力。
二、教学内容剖析本节课的地位和作用：万有引力定律是在上一节推导出的公式作一拓展得到的，在前节的基础上加深对公式的理解和应用，同时又为下几节内容作好铺垫。
本节课教学重点：理解万有引力定律的含义及表达式。
本节课教学难点：了解万有引力定律得出的思路和过程。
三、教学思路与方法教学思路：本节课是在猜想-检验-结论的顺序展开,在每一个过程都有大量的学史资料,要让学生在阅读中获取知识,注意培养学生深刻的洞察力、严谨的数学处理和逻辑思维。
教学方法：探究、阅读、讨论、练习四、教学准备录像资料、多媒体课件学生活动：思考教师：为了验证地面上的重力与地球吸引月球、太阳吸引行星的力是同一性质的力，遵守同样的规律，牛顿还做了著名的“月－地”检验(参见课本P 105右侧)，结果证明他的想法是正确的。
如果我们已知月球绕地球的公转周期为27.3天.地球半径为6.37×106m.轨道半径为地球半径的60倍。
教师：同学们试计算一下月球绕地球的向心加速度是多大？（引导学生采用两种方法进行求解并分析结果）学生活动：根据向心加速度公式：224T ra π=≈31071.2-⨯2sm因为F ∝2r m 所以a ∝1/r 2同学们通过计算验证，.3600g a = 231072.2s m-⨯≈两者结果十分接近，说明遵循同一规律。
牛顿在研究了这许多不同物体间的作用力都遵循上述引力规律之后。
示范教案一3引力常量的测定.doc
示范教案一(6.3引力常量的测定)●教学目标一、知识目标1.了解卡文迪许实验装置及其原理.2.知道引力常量的物理意义及其数值.二、能力目标通过卡文迪许如何测定微小量的思想方法，培养学生开动脑筋，灵活运用所学知识解决实际问题的能力.三、德育目标通过对卡文迪许实验的设计思想的学习，启发学生多动脑筋，培养其发散性思维、创造性思维.●教学重点卡文迪许扭秤测引力常量的原理.●教学难点扭转力矩与引力矩平衡问题的理解.●教学方法1.对卡文迪许实验的装置和原理采用直接讲授、介绍的方法.2.对金属丝的扭转角度采用与微小形变实验的对照.●教学用具投影仪、投影片、卡文迪许扭秤模型.●课时安排1课时●教学过程［投影］本节课的学习目标1.了解卡文迪许实验装置及其原理.2.知道引力常量的物理意义及其数值.学习目标完成过程一、导入新课上节我们学习了万有引力定律的有关知识，现在请同学们回忆一下.万有引力定律的内容及公式是什么？公式中的G 又是什么？［学生活动］回答上述问题：内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比.公式:F =G 221r m m .公式中的G 是万有引力常量,它在大小上等于质量为1 kg 的两个物体相距1 m 时所产生的引力大小,经测定其值为6.67×10—11 N ·m 2/kg 2.牛顿在前人的基础上，应用他超凡的数学才能，发现了万有引力定律，却没能给出准确的引力常量，使万有引力定律只有其理论意义，而无更多的实际意义，今天我们就来共同学习英国物理学家卡文迪许是如何用实验来测定引力常量的.二、新课教学A.基础知识请同学们阅读课文,同时考虑下列几个问题.［投影出示］1.引力常量为什么难以测量?2.谁设计实验对万有引力常量进行了测定,他使用的装置是什么?3.该装置主要由几部分组成?4.该实验的实验原理是什么?［学生活动］阅读课文,从课文中找出相关的答案.1.万有引力常量难以测量的原因是其值非常小,很难用实验方法将它显示出来.所以对它的测定必须设计特殊的装置才行.2.英国的物理学家卡文迪许在1789年,巧妙地设计了扭秤装置,把万有引力常量应用实验的方法测量出来.3.扭秤的主要部件有四部分:一个倒置的金属架;一根金属丝;一个固定在T型架上的平面镜;T型架两端各装一质量为m的小球.其结构如图所示:4.该实验的实验原理是应用力矩平衡的知识来设计的.B.深入探究请同学们结合课本知识,分析、讨论下列问题.［投影出示］1.由于一般物体间的引力非常小,导致引力常量难以测量,那么,怎么样就能把引力常量测量出来了呢?2.扭秤装置中的小平面镜起什么作用呢?3.在扭秤装置中,除了平面镜外是否还有其他地方对相互作用的效果进行了放大呢?4.本实验的实验原理是力矩平衡,那么,具体说是哪些力矩相平衡呢?［学生活动］学生分组讨论,结合课文给出的提示,得出相似结论.1.引力常量难以测量的原因是一般物体间的相互作用力很小,产生的作用效果不明显,如果我们能把引力产生的微小效果进行放大的话,就可以用实验来测量引力常量了.2.装置中的小平面镜就起到了放大的作用.当m′与m相互吸引时,引力会使金属丝发生微小的扭转形变,也正是由于形变量非常微小,所以我们很难用眼睛观察到.当固定上一个小镜后,小镜会随金属丝的扭转而转过很小的角度,它的转动会引起刻度尺反射光点的明显移动,从光点位置移动的大小便可反映出金属丝的扭转程度,进而反映出两小球间相互作用力的大小.3.在该装置中,除了平面镜起到的放大作用外,“T”型架也起到了放大的作用.我们从力矩平衡的知识知道,力矩的大小与两个因素有关,一个是力的大小,另一个是力臂的大小.在这一实验中,我们不能增大相互作用的引力,所以考虑去增大力臂,而“T”型架正好起到了增大力臂的作用.当力矩增大后,也就将力的作用效果进行了放大.4.“T”型架受到力矩的作用产生转动,使金属丝发生扭转,产生相反的扭转力矩,阻碍“T”型架转动,当这两个力矩平衡时,“T”型架停止转动.设金属丝的扭转力矩为M1,引力矩为M2,即有:M 1=M 2.C.教师总结通过前面的学习,我们了解了扭秤装置的组成、结构、二次放大原理以及实验原理.当应用扭秤装置进行实验时,金属丝的扭转力矩M 1可以根据它与扭转角“θ”的关系来求，而扭转角度“θ”可通过平面镜M 反射光点在刻度尺上移动的距离求出.此时M 1便成了已知量.而M 1=M 2=F 引·l =G2r m m 'l .故：G =l m m r M '21 利用上述原理，再加上可控变量法，经多次测量便可求得：G =6.67×10—11 N ·m 2/kg 2.D.基础知识应用［投影出示］1.________年，________国物理学家________应用________装置，第一次在实验室里巧妙地测出了万有引力常量.2.扭秤装置的巧妙之处在于对作用效果进行了二次放大，这两次放大分别体现在________；________.3.卡文迪许应用扭秤装置测定万有引力常量的实验原理是________.4.一个人的质量是50 kg,他在地面上受到的重力是多大?已知地球半径R =6.4×106 m.地球质量为6.0×1024 kg.计算一下人与地球之间万有引力的大小.参考答案:1.1789;英;卡文迪许;扭秤2.小平面镜反射;“T ”型架横杆增大力臂3.万有引力产生的力矩与金属丝扭转时产生的扭转力矩相等4.490 N;4.89×102 N.解:G =mg =50×9.8 N=490 N.由万有引力定律可知: F 引=G 2R Mm=6.67×10—11×2624)104.6(50100.6⨯⨯⨯N三、知识反馈1.关于引力常量，下列说法正确的是( )A.引力常量是两个质量为1 kg 的物体相距1 m 时的相互吸引力B.牛顿发现了万有引力定律时，给出了引力常量的值C.引力常量的测出，证明了万有引力的存在D.引力常量的测定，使人们可以测出天体的质量2.两个行星的质量分别为m 1和m 2，绕太阳运行的轨道半径分别是r 1和r 2，若它们只受万有引力作用，那么这两个行星的向心加速度之比为( )A.1B.m 2r 1/m 1r 2C.m 1r 2/m 2r 1D.r 22/r 12 3.一旦万有引力恒量G 值为已知，决定地球质量的数量级就成为可能，若已知万有引力常量G =6.67×10—11 N ·m 2/kg 2，则可知地球质量的数量级是( )A.1018B.1020C.1022D.10244.已知地球绕太阳公转的轨道半径为1.49×1011 m,公转周期为3.16×107 s ，试求：(1)地球绕太阳公转的速度;(2)地球绕太阳公转的向心加速度;(3)如果地球质量为5.89×1024 kg,那么太阳对地球的万有引力应为多大.参考答案：1.CD2.D3.D4.地球绕太阳公转的向心力是太阳对地球的万有引力提供的.设地球质量为m ，轨道半径为r ，公转周期为T ，运行速度为v ，运行的向心加速度为a n ，则(1)v =7111016.31049.114.322⨯⨯⨯⨯=T r πm/s=2.96×104 m/s (2)a n =r v 2=11241049.1)1096.2(⨯⨯m/s 2=5.88×10—3 m/s 2 (3)F 引=F 向=ma n =5.89×1024×5.88×10—3 N=3.47×1022 N四、小结卡文迪许实验对引力常量的测定，使得万有引力定律有了真正实用性，通过本节学习我们要掌握：1.卡文迪许实验装置及原理.2.知道引力常量测定的意义.3.知道卡文迪许扭秤的设计思想,应该对我们有较大的启迪作用.五、作业1.复习本节内容2.思考题(1)离地面某一高度h 处的重力加速度是地球表面重力加速度的一半,则高度h 是地球半径的( )A.2倍B.2倍C.2+1倍D.2—1倍(2)设想把物体放到地球中心,则此物体此时与地球间的万有引力是多少?参考答案:(1)D (2)零六、板书设计。
物理引力常量物理教案：引力常量的测定
物理引力常量物理教案：引力常量的测定教学目标知识目标：1、使学生掌握万有引力定律并应用万有引力定律解决简单问题．2、使学生能应用万有引力定律解决天体问题及卫星问题．3、了解我国航天事业的发展情况并用所学知识解释（我国近几年在航天事业上有了长足的进步，如：长征一号、长征二号、风云一号、风云二号、神州一号、二号、三号等）．能力目标通过图片或自制教具展示卡文迪许扭秤的设计方法，渗透科学发现与科学实验的方法论教育．情感目标通过了解卡文迪许扭秤的设计过程，使学生了解卡文迪许这位伟大的科学家是攻克难关、战胜困难的．教学设计方案一、教学过程设计：本节是关于万有引力定律的应用，主要通过例题的讲解加深学生对该部分知识的理解以及运用。
二、教学过程：（一）讲解例题例题1：已知地球的半径为，地球的自转角速度为，地球表面的重力加速度为。
在赤道上空有一颗相对地球静止的同步通讯卫星离地面的高度是多少？解：关于同步卫星的知识请学生回答：1、同步卫星的周期是24h；2、同步卫星的角速度与地球的自转角速度相等；3、同步卫星必须在赤道上空；（追问学生为什么？）由万有引力定律得：解得：在解决此题时应让学生充分讨论和充分理解，让学生建立一个清晰的卫星绕地球的轨道。
例题2：已知地球的质量为，地球的半径为，地球表面的重力加速度为。
求万有引力恒量是多少？解：由万有引力定律得：解得：学生在解决此题后，教师提出问题：1、万有引力恒量是谁首先测量的？学生回答后，教师可以补充说明：卡文迪许是最富有的学者，最有学问的富翁，并对卡文迪许加以较详细的介绍。
亨利·卡文迪许是英国杰出的物理学家和化学家，他的一生为科学的发展作出了重要的贡献。
也许这位科学家在生活中不是一个出色者，但在科学研究中不愧为一颗闪亮的明星。
1731年10月10日，卡文迪许生于法国尼斯的一个贵族家庭。
他的父亲是英国公爵的后裔，因为他的母亲喜欢法国的气候，才搬到法国居住。
当卡文迪许两岁的时候，他的母亲就去世了。
高中物理 《万有引力定律及引力常量的测定》教案(2)
万有引力定律及引力常量的测定一、教学目标知识与技能：1．了解万有引力定律得出的思路和过程，理解万有引力定律的含义，掌握万有引力定律的公式；2．知道任何物体间都存在着万有引力，且遵循相同的规律。
过程与方法：1．翻阅资料详细了解牛顿的“月-地”检验。
2．根据前面所学内容推导万有引力定律的公式以加深记忆，理解其内容的含义。
情感态度与价值观：1．通过学习认识和借鉴科学的实验方法，充实自己的头脑，更好地去认识世界，提高科学的价值观。
2．通过逻辑推理体验其乐趣，提高分析问题、解决问题的能力。
二、教学内容剖析本节课的地位和作用：万有引力定律是在上一节推导出的公式作一拓展得到的，在前节的基础上加深对公式的理解和应用，同时又为下几节内容作好铺垫。
本节课教学重点：理解万有引力定律的含义及表达式。
本节课教学难点：了解万有引力定律得出的思路和过程。
三、教学思路与方法教学思路：本节课是在猜想-检验-结论的顺序展开,在每一个过程都有大量的学史资料,要让学生在阅读中获取知识,注意培养学生深刻的洞察力、严谨的数学处理和逻辑思维。
教学方法：探究、阅读、讨论、练习四、教学准备录像资料、多媒体课件视野拓展1．引力常量的实验测定（1）卡文迪许实验（扭秤平衡法）引力常量是第一个用物理实验的方法在实验中测得的基本物理常量。
由于缺乏灵敏度足够高的测量工具，牛顿当时只验证了引力常量的普适性，但没有能够测量出它的数值。
在万有引力定律发表大约一百年后，英国的米歇耳（Rev．John Michell,1724—1793）首先设计了一种专门用来进行引力实验的仪器，称为扭秤。
这个装置的特点是通过测量微小的扭转角度，以显示微弱的引力，从而使在实验室中测定引力常量成为可能。
这是米歇耳的贡献，但他并没有亲自作过测定引力常量的实验，因为在扭秤还没有制造完时，他就去世了。
1798年，卓越的英国物理学家卡文迪许（Henry Cavendish,1731—1810）在米歇耳的基础上完成了扭秤的制作，而且作了重要的改进。
高中物理 物理教案-引力常量的测定 教案
一、知识目标：1、知道什么是平抛及物体做平抛运动的条件。
2、知道平抛运动的特点。
3、理解平抛运动的基本规律。
二、能力目标：通过平抛运动的研究方法的学习，使学生能够综合运用已学知识，来探究新问题的研究方法。
三、德育目标：通过平抛的理论推证和实验证明，渗透实践是检验真理的标准。
教学重点：1、平抛运动的特点和规律2、学习和借借鉴本节课的研究方法教学难点：平抛运动的规律教学方法：实验观察法、推理归纳法、讲练法教学用具：平抛运动演示仪、自制投影片、电脑、多媒体课件教学步骤：一、导入新课：用枪水平地射出一颗子弹，子弹将做什么运动，这种运动具有什么特点，本节课我们就来学习这个问题。
二、新课教学（一）用投影片出示本节课的学习目标1、理解平抛运动的特点和规律2、知道研究平抛运动的方法3、能运用平抛运动的公式求解有关问题（二）学习目标完成过程1：平抛物体的运动（1）简介平抛运动：a：将物体用一定的初速度沿水平方向抛出，不计空气阻力，物体只在重力作用下所做的运动，叫平抛运动。
b：举例：用力打一下桌上的小球，使它以一定的水平初速度离开桌面，小球所做的就是平抛运动，并且我们看它做的是曲线运动。
c：分析说明平抛运动为什么是曲线运动？（因为物体受到与速度方向成角度的重力作用）（2）巩固训练a：物体做平抛运动的条件是什么？b：举几个物体做平抛运动的实例（3）a：分析说明：做平抛运动的物体；在水平方向上由于不受力，将做匀速直线运动b：在竖直方向上物体的初速度为0，且只受到重力作用，物体做自由落体运动。
c：实验验证：1．用CAI课件模拟课本图5—16的实验，2．模拟的同时，配音说明：用小锤打击弹性金属片时，A球就向水平方向飞出，做平抛运动，而同时B球被松开，做自由落体运动。
3．实验现象：（学生先叙述，然后教师总结）现象一：越用力打击金属片，A飞出水平距离就越远。
现象二：无论A球的初速度多大，它会与B球同时落地。
对现象进行分析：得到平抛运动在竖直方向上是自由落体运动，水平方向的速度大小并不影响平抛物体在竖直方向上的运动。
万有引力定律及引力常量的测定教案
万有引力定律及引力常量的测定教案一、教学目标1. 让学生了解万有引力定律的发现过程，理解万有引力定律的内涵。
2. 让学生掌握引力常量的测定方法，以及其对物理学发展的意义。
3. 培养学生的实验操作能力，提高学生的科学素养。
二、教学内容1. 万有引力定律的发现1.1 牛顿与万有引力定律1.2 万有引力定律的数学表达2. 引力常量的测定2.1 卡文迪许与引力常量的测定2.2 引力常量的数值及意义3. 万有引力定律的应用3.1 地球的质量与半径的测定3.2 天体运动的研究三、教学重点与难点1. 教学重点：1.1 万有引力定律的发现过程1.2 引力常量的测定方法及意义2. 教学难点：2.1 万有引力定律的数学推导2.2 引力常量的测定原理四、教学方法1. 采用多媒体课件辅助教学，生动展示万有引力定律的发现过程。
2. 利用实验教学，让学生亲自动手操作，提高实验技能。
3. 开展小组讨论，引导学生思考万有引力定律在实际应用中的重要性。
五、教学安排1. 第一课时：介绍牛顿与万有引力定律，引导学生理解万有引力定律的内涵。
2. 第二课时：讲解引力常量的测定方法，让学生掌握引力常量的测定原理。
3. 第三课时：进行实验教学，让学生亲自动手操作，测定引力常量。
4. 第四课时：分析实验结果，讨论引力常量的意义及万有引力定律的应用。
5. 第五课时：进行课堂小结，布置课后作业，巩固所学知识。
六、实验设计与数据分析1. 实验目的：测定两个物体之间的引力常量。
验证万有引力定律。
2. 实验原理：使用扭秤实验装置，通过测量扭转角度与施加力矩的关系来计算引力常量。
应用牛顿第二定律和向心力公式，将实验数据转换为引力常量的数值。
3. 实验步骤：设置扭秤实验装置，确保两个物体之间的距离可调。
逐渐调整距离，记录不同距离下的扭转角度。
根据牛顿第二定律和向心力公式，计算每个距离下的引力常量。
重复实验多次，以获得更准确的数据。
4. 数据处理：绘制扭转角度与距离的图表。
《万有引力定律及引力常量的测定》教案
《万有引力定律及引力常量的测定》教案临高中学物理组王贞2013年5月20日学分账号：695567 三维目标一、知识与技能1、初步了解开普勒第三定律的内容2、掌握万有引力定律内容公式及运用的条件二、过程与方法通过课件模拟天体运动，说明开普勒三大定律三、情感态度与价值观1、认识发现万有引力的重要意义2、体会科学定律对人类探索未知世界的作用教学重点：1、认识开普勒三大定律2、掌握万有引力定律教学难点1、理解万有引力定律及应用条件教学方法：情境设置法、问题教学法、讨论教学法、自主阅读和合作探究法、比较法教具:多媒体课件教学过程一、新课导入1、多媒体呈现几张星空图提问:同学们，看了这几张图有什么感想？2、“嫦娥飞天”和“屈原天问”图我国古代关于“飞天”就有很多神话故事，我国古代伟大诗人“屈原”层作过一首诗《天问》，对茫茫的宇宙提出一系列问题。
这些都反映了古人对星空的渴望2、美国“阿波罗”11号宇宙飞船将人类的足迹首次留在地球上。
3、杨利伟：我国首次载人航天飞行圆满完成。
4、我国探月工程首次发回月球表面的照片。
如今，人类已经有了“特殊”的翅膀来实现飞天的梦想，登上了月球，那么人类如何来实现这些梦想的呢？运用了怎样的知识呢?从这章开始，我们共同来探讨。
二、新课推进（一）行星运动的规律——开普勒三大定律导入：我们要探索这个宇宙的秘密，我们的知道宇宙中的天体是怎样运动的，它们遵循什么样的规律？德国天文学家开普勒用了16年时间研究了丹麦天文学家第谷的行星观测记录。
于1609年和1619年发表了开普勒三大定律。
1、开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处于椭圆的一个焦点上。
适当补充点椭圆知识因为行星绕太阳运动的轨道上椭圆的。
所以行星有时候会绕道距离太阳最近和最远的点，分别叫近日点和远日点。
2、 开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等面积。
课件呈现：如图，行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积EK AB CD S S S ==思考：行星绕太阳运行时各店速率相同吗？结论：当行星离太阳较近时，运行速度较快。
万有引力定律及引力常量的测定教案
万有引力定律及引力常量的测定教案一、教学目标：1. 让学生了解万有引力定律的内容及适用范围。
2. 掌握引力常量的测定方法。
3. 能够运用万有引力定律解决实际问题。
二、教学内容：1. 万有引力定律的发现：介绍牛顿发现万有引力定律的过程。
2. 万有引力定律的内容：力的概念、万有引力定律的公式及其含义。
3. 万有引力定律的适用范围：讨论万有引力定律适用的条件。
4. 引力常量的测定：介绍引力常量的测定方法，如卡文迪许实验。
5. 引力常量的数值：给出引力常量的具体数值。
三、教学重点与难点：1. 教学重点：万有引力定律的内容及其适用范围，引力常量的测定方法。
2. 教学难点：万有引力定律的公式及其含义，引力常量的测定方法。
四、教学方法：1. 采用讲授法，讲解万有引力定律的发现、内容、适用范围以及引力常量的测定方法。
2. 使用案例分析法，分析实际问题，巩固万有引力定律的应用。
3. 运用讨论法，引导学生思考万有引力定律的局限性。
五、教学过程：1. 导入：以牛顿发现万有引力定律的故事引入新课。
2. 讲解：详细讲解万有引力定律的内容、适用范围和引力常量的测定方法。
3. 案例分析：给出实例，让学生运用万有引力定律解决问题。
4. 讨论：引导学生思考万有引力定律在实际应用中的局限性。
6. 作业布置：布置相关练习题，巩固所学知识。
六、案例研究：天体运动与万有引力定律1. 目的：通过分析天体运动的实例，加深对万有引力定律的理解。
2. 内容：讨论地球绕太阳公转、月球绕地球公转等天体运动的规律，并用万有引力定律解释这些现象。
3. 方法：采用观察法、分析法，结合天文学知识，探讨万有引力定律在天体运动中的应用。
七、实验演示：引力常量的测定1. 目的：通过实验演示，让学生亲手操作，加深对引力常量测定方法的理解。
2. 内容：进行卡文迪许实验，测定引力常量的数值。
3. 方法：实验操作法、数据处理法，引导学生观察实验现象，记录数据，并分析结果。
第三节 引力常量的测定 学案
物理 第六章 万有引力定律第三节 引力常量的测定学案一. 学习目标1. 通过牛顿发现万有引力定律的思考过程和卡文迪许扭秤的设计方法。
2. 了解引力常量的物理意义。
3. 渗透科学发现与科学实验的方法论教育。
二. 学习重，难点：万有引力恒量的测定方法。
三.教学过程。
1.卡文迪许扭秤的实验原理：卡文迪许扭秤的模型。
(教师出示模型，并拆装讲解)这个扭秤的主要部分是这样一个T 字形轻而结实的框架，把这个T 形架倒挂在一根石英丝下。
若在T 形架的两端施加两个大小相等、方向相反的力，石英丝就会扭转一个角度。
力越大，扭转的角度也越大。
反过来，如果测出T 形架转过的角度，也就可以测出T 形架两端所受力的大小。
现在在T 形架的两端各固定一个小球，再在每个小球的附近各放一个大球，大小两个球间的距离是可以较容易测定的。
根据万有引力定律，大球会对小球产生引力，T 形架会随之扭转，只要测出其扭转的角度，就可以测出引力的大小。
当然由于引力很小，这个扭转的角度会很小。
怎样才能把这个角度测出来呢？卡文迪许在T 形架上装了一面小镜子，用一束光射向镜子，经镜子反射后的光射向远处的刻度尺，当镜子与T 形架一起发生一个很小的转动时，刻度尺上的光斑会发生较大的移动。
这样，就起到一个化小为大的效果，通过测定光斑的移动，测定了T 形架在放置大球前后扭转的角度，从而测定了此时大球对小球的引力。
2.实验结果：卡文迪许测定的G 值为6.754×10-11，现在公认的G 值为6.67×10-11。
需要注意的是，这个万有引力恒量是有单位的：它的单位应该是乘以两个质量的单位千克，再除以距离的单位米的平方后，得到力的单位牛顿，故应为N ·m 2/kg 2。
3.实验的意义：卡文迪许用此扭秤验证了牛顿万有引力定律，并测定出万有引力恒量G 的数值。
这个数值与近代用更加科学的方法测定的数值是非常接近的。
堂清练习1．卡文迪许实验利用了两球间的引力力矩与___________力矩平衡．通过小镜反射光点在刻度尺上移动的距离推算出金属丝的扭转力短，进而求得引力．2．卡文迪许经过多次实验，_______牛顿的万有引力定律是正确的，并测出了_______，他的实验结果跟现代测量结果是很接近的．3．在一次测定万有引力常量的实验中，已知一个质量是kg 2.0的球，以N 1038.510-⨯的力吸引另一个质量是kg 4.0的球，若两球相距m 1.0，则万有引力常量为__________．。
高中物理必修二教案-5.1 万有引力定律及引力常量的测定5-鲁科版
5.1《万有引力定律及引力常量的测定》教学设计【知识目标】一、知识与技能1 了解“地心说”和“日心说”2 了解万有引力定律的发展过程3 知道开普勒三个定律4 理解万有引力定律5 了解引力常量二、过程与方法1 通过课件模拟天体的运动说明开普勒三个定律2 运用圆周运动的知识理解天体运动3 理解万有引力定律并会运用其解释天体现象4 了解利用扭称测量引力常量运用探究方法三、情感态度与价值观1 认识发现万有引力定律的重要意义2 体会科学定律对人类探索未知世界的作用【教学重点】1 开普勒三个定律2 万有引力定律3 卡文迪许的扭称实验【教学难点】1 理解万有引力定律及应用2 理解卡文迪许的扭称实验的科学理念【教学方法】1 问题教学法【教学过程】：一、【历史回顾】中国对天体认识：距今2100多年的马王堆西汉墓中，出土了嫦娥奔月的画帛，画中嫦娥赞乘坐飞龙飘然奔月。
嫦娥奔月是个传说，也可以说是个梦想，它说明中国对天的研究早就有了。
如果世界第八大奇迹秦始皇陵中的天穹据说是由夜明珠按星星的分布镶嵌上的，中国对天体的追求早在秦朝之前就一定的尝试。
从战国时期的楚国伟大诗人屈原的佳作《天问》就是对茫茫宇宙提出了一系列问题，体现了人类了解自然奥秘的渴望。
但中国对天体的认识由于种种原因没能进入实质性，同样的文明古国对这个问题有不同的探索。
介绍人类利用天体运动规律所取得的成就，以及中国航天事业的发展。
1、古希腊人的探索：首先从星体的轨迹入手，最早认为天体围绕地球转动的说法（地心说），主要观察到月球、太阳、水星、金星、火星、土星等，还能做好火星绕地球黑心的轨迹图，基于托密勒地心本轮理论的宇宙横向发展，从古至今人类孜孜不倦地探索天体的运动规律，天文学家托勒密设计一套非常复杂的体系，完善了地心本轮理论。
这个学说持续了近2000年2、文艺复兴的撞击：1943年天文学家哥白尼提出日心说，太阳是宇宙中心，行星都绕太阳做匀速圆周运动。
日心说还太阳系的真实感面貌，但还有不足：第谷观察到星体与计算结果不符，开普勒研究第谷测量数据得的绪论。
万有引力定律及引力常量的测定教案
万有引力定律及引力常量的测定教案一、教学目标1. 让学生了解万有引力定律的发现过程，掌握万有引力定律的表达式和适用条件。
2. 让学生理解引力常量的概念，学会用实验方法测定引力常量。
3. 培养学生的实验操作能力和团队协作精神，提高学生的科学素养。
二、教学内容1. 万有引力定律的发现过程2. 万有引力定律的表达式和适用条件3. 引力常量的概念4. 测定引力常量的实验方法5. 实验操作步骤和数据处理三、教学重点与难点1. 万有引力定律的表达式和适用条件2. 引力常量的测定方法3. 实验数据的处理和分析四、教学方法1. 采用问题驱动的教学方法，引导学生思考和探索万有引力定律的发现过程。
2. 利用多媒体课件辅助教学，直观展示万有引力定律的适用条件和实验过程。
3. 组织学生进行实验操作，培养学生的动手能力和团队协作精神。
4. 采用案例分析法，让学生学会从实验数据中分析和总结规律。
五、教学安排1. 第一课时：介绍万有引力定律的发现过程，讲解万有引力定律的表达式和适用条件。
2. 第二课时：讲解引力常量的概念，介绍测定引力常量的实验方法。
3. 第三课时：进行实验操作，引导学生学会数据处理和分析。
4. 第四课时：总结实验结果，探讨万有引力定律在实际应用中的意义。
5. 第五课时：布置课后作业，巩固所学知识。
教案内容待补充六、教学评估1. 课堂问答：通过提问学生，了解他们对万有引力定律的理解程度和实验操作的掌握情况。
3. 课后作业：检查学生对课堂所学知识的掌握，以及对万有引力定律在实际应用中的理解。
七、教学资源1. 多媒体课件：展示万有引力定律的发现过程、表达式和适用条件，以及实验操作步骤。
2. 实验器材：提供必要的实验器材，如弹簧测力计、质量计等。
八、教学反思1. 教师应根据学生的反馈，及时调整教学内容和教学方法，提高教学效果。
2. 关注学生的个体差异，针对不同学生提供个性化的指导和支持。
3. 注重培养学生的实验操作能力和团队协作精神，提高他们的科学素养。
引力常量测定的实验教学案例
引力常量测定的实验教学案例引力是世界上最古老的一种相互作用，随着科学技术的不断发展，人们对于引力的研究也越来越深入。
引力常量是描述引力相互作用的一种基本物理常数，它的精确测量对于正确认识引力、广义相对论与宇宙演化等重大科学问题具有重要的意义。
那么，我们如何通过实验来测定引力常量呢？本教学案例主要介绍了一个简单而有效的引力常量测定实验方法，旨在为广大物理教育工作者提供参考。
1.实验原理根据牛顿第二定律，物体的运动状态受到它所接受的力的影响，而万有引力则是宇宙中的一种万能力量，影响着每一个物体。
对于地球表面上的物体，它所受到的引力来自于地球的自身重力。
根据牛顿第一定律，当物体受到的合力为零时，物体将处于平衡状态。
在实验过程中，我们可以利用两个具有高精度重量且质量相等的物体，通过平衡实验来测定它们所受到的引力。
通过实验测量出两个物体之间的引力与它们之间的距离、质量等物理参量之间的关系，即可得到引力常量。
2.实验步骤2.1.实验器材实验器材包括一个简单的支架、两个铜球、一个定量电子天平、一个比较精确的游标卡尺、一个双臂天平、一个万能表、一些导线等。
2.2.实验方法2.2.1.实验前准备首先需要将两个铜球充分清洗，另外需要确认铜球的质量，并取两个重量相等的铜球进行实验。
2.2.2.实验过程（1）取两个重量相等的铜球分别悬挂于支架上，用游标卡尺测量两个铜球之间的距离，并记录下来。
（2）将两个铜球处于平衡状态，并通过定量天平测量出它们的质量，记录下来。
（3）利用双臂天平将两个铜球分别悬挂于天平的两端，调整天平使得两个铜球在同一水平面上，并记录下来。
（4）在保证两个铜球之间距离不变的情况下，移动其中一个铜球使其离另一个铜球一定的距离，再次记录下它们之间的距离。
（5）通过测量天平的重量差，可得两个铜球之间的引力大小。
（6）记录下两个铜球之间的距离、质量，以及它们之间的引力大小，并利用万能表测量出地球表面的重力加速度g。
物理：鲁科版 必修2 5.1 万有引力定律及引力常量的测定 (教案)
第节万有引力定律及引力常数的测定【知识目标】一、知识与技能了解“地心说”和“日心说”了解万有引力定律的发展过程知道开普勒三个定律理解万有引力定律了解引力常数二、过程与方法通过课件模拟天体的运动说明开普勒三个定律运用圆周运动的知识理解天体运动理解万有引力定律并会运用其解释天体现象了解利用扭称测量引力常数运用探究方法三、情感态度与价值观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【知识重点】开普勒三个定律万有引力定律卡文迪许的扭称实验【知识难点】理解万有引力定律及应用理解卡文迪许的扭称实验的科学理念【教学方法】问题教学法【教学过程】：【历史回顾】中国对天体认识：距今多年的马王堆西汉墓中，出土了嫦娥奔月的画帛，（书上面）画中嫦娥赞乘坐飞龙飘然奔月。
嫦娥奔月是个传说，也可以说是个梦想，它说明中国对天的研究早就有了。
如果世界第八大奇迹秦始皇陵中的天穹据说是由夜明珠按星星的分布镶嵌上的，中国对天体的追求早在秦朝之前就一定的尝试。
从战国时期的楚国伟大诗人屈原的佳作《天问》就是对茫茫宇宙提出了一系列问题，体现了人类了解自然奥秘的渴望。
但中国对天体的认识由于种种原因没能进入实质性，同样的文明古国对这个问题有不同的探索。
古希腊人的探索：首先从星体的轨迹入手，最早认为天体围绕地球转动的说法（地心说），主要观察到月球、太阳、水星、金星、火星、土星等，还能做好火星绕地球黑心的轨迹图，基于托密勒地心本轮理论的宇宙横向发展（书上面），从古至今人类孜孜不倦地探索天体的运动规律，天文学家托勒密设计一套非常复杂的体系，完善了地心本轮理论。
这个学说持续了近年文艺复兴的撞击：年天文学家哥白尼提出日心说，太阳是宇宙中心，行星都绕太阳做匀速圆周运动。
日心说还太阳系的真实感面貌，但还有不足：第谷观察到星体与计算结果不符开普勒研究第谷测量数据得的绪论。
第谷是个天文观测家，他对星体进行认真系统的观测，其测量的结果是托勒密和哥白尼的理论计算结果与观测数据不相符。
6.3 引力常量的测定教案3
引力常量的测定一、素质教育目标（一）知识教学点1．了解卡文迪许实验装置及其原理2．知道引力常量的物理意义及其数值（二）能力训练点通过学习卡文迪许如何测定微小量的思想方法，培养学生灵活运用所学的知识解决实际问题的能力．（三）德育渗透点由卡文迪许扭秤的设计思想的学习，培养学生创造性思维习惯．（四）美育渗透点通过对卡文迪许扭杆装置的介绍使学生对科学的巧妙设计产生由衷的赞叹．二、学法引导利用直观教学，介绍实验装置及原理，重在突出培养学生的创造性思维．三、重点·难点·疑点及解决办法1．重点卡文迪许扭秤测量引力常量的原理2．难点扭转力矩和引力矩平衡问题的理解3．疑点测定引力常量实验时，周边物体对小球的引力影响怎样消除？4．解决办法通过举例，加深对引力常量的理解四、课时安排1课时五、教具学具准备卡文迪许扭秤模型六、师生互动活动设计1．教师介绍实验装置的构成及实验的原理．2．学生通过观察，然后进行讨论．七、教学步骤（一）明确目标（略）（二）整体感知本节的教学是围绕着如何测定万有引力常量而展开的．由于一般物体间的万有引力很小，卡文迪许是如何用力矩来反映引力的（一次放大），又是如何用光标移动显示扭转角度的（二次放大）来反映卡文迪许扭秤的“巧妙”所在．万有引力常量的测定，使万有引力定律可以定量计算物体间的引力大小．同时，卡文迪许扭秤的设计思想对学生有较大的启迪作用．（三）重点、难点的学习与目标完成过程1．卡文迪许扭秤的设计思想上一节课我们学习了牛顿发现的万有引力定律F ＝G 221r m m但牛顿却没有能够用实验证明和测定：（1）一般物体间确实存在着万有引力．（2）引力常量G 的数值．为此人们试图测定出引力常量G 的确切数值．但因为一般物体间的万有引力非常小，很难用实验的方法将它显示出来并加以测定．所以牛顿发现万有引力定律一百多年，引力常量都未能测定．后来，英国物理学家卡文迪许，巧妙地利用扭秤装置测定了卡文迪许常量G ．扭秤装置把微小力转变成力矩来反映（一次放大），扭转角度又通过光标的移动来反映（二次放大）．从而确定物体间的万有引力．根据力的平衡可知，金属丝的扭转力矩1M ，和万有引力力矩2M 平衡，其中金属丝的扭转力矩与扭转角度成正比．即1M ＝k θ，万有引力力矩2M 为力偶矩，2M ＝F ·L ，根据1M ＝2M 得出：F ＝l k·θ其中k 为已知，测出L 和θ，可求出质量为1m 、2m 两物体间的万有引力为F ，再测出两球间的距离r ，代入万有引力定律可得出G ＝L m m r k m m r F ⋅⋅⋅⋅=⋅⋅212212θ 利用可控制变量法多次进行测量，得出万有引力常量G ＝6.67259×1110-N ·2m ／2kg ，通常我们取引力常量G ＝6.67×1110-N ·2m ／2kg 2．万有引力常量的物理意义万有引力常量G ＝6.67×1110-N ·2m ／2kg ，它的物理意义是：两个1kg 的物体相距1m 所受的万有引力为6.67×1110-N ．从这个力的值可以知道，一般物体间的万有引力是如此之小，我们根本不可能感受到，因而一般物体间的万有引力可以忽略不计．但天体与天体、天体与一般物体的引力却较大，例如太阳的质量M ＝2.0×3010kg ，地球的质量m ＝6.0×2410kg ，太阳与地球相距r ＝1.5×1110m ，通过计算得出（让学生练习）F ＝3.56×2210N ；如果一个质量为'm ＝50kg 的人在地面上，已知地球半径R ＝6.4×610m ，通过计算（学生练习）得出F ＝500N ．实际上地球上物体所受的重力约等于万有引力，重力是万有引力的一个分量．（四）总结、扩展本节我们学习了卡文迪许测量引力常量的方法及测量结果，测得的引力常量G ＝6.67×-1110N ·2m ／2kg ，这样，我们知道两物体的质量和它们的距离就可以计算出它们的吸引力大小．另外，通过卡文迪许扭秤设计思想的学习，启发了我们在今后的学习中，要灵活运用所受知识解决实际问题．八、布置作业1．107P （5） 2．地核的体积约为整个地球体积的16％，地核的质量约为地核质量的34％，经估算，地核的平均密度为多少？九、板书设计三、引力常量的测定1．卡文迪许扭秤测万有引力常量的原理F .L ＝k θ (1)F ＝G 212r m m ⋅ (2)联解（1）、（2）两式得引力常量为：G ＝L m m r k ⋅⋅⋅⋅212θ2．万有引力常量的物理意义G ＝6.67×1110-1N ·2m ／2kg 十、背景知识与课外阅读构造正球在构造对称的方法中，运用得最多，也最有效的是构造一个球体或球面，整个球对于其球心是对称的，两个半球相互是对称的．例 设地球是一个密度均匀的球体，其半径R ＝6.4×310km ，现在假想在地球内挖一球形内切空腔，地心O 点在其腔壁上如图所示，有一小球自切点A 处释放，试问，这小球在释放后经多长时间到达地心？解析 用数学计算可证明，均匀球壳对其内部物体的引力为零，对球外物体的引力等于把质量集中在球心之后，对外物体的引力，所以本题不能求出质心，再用质心之间的距离作为r ，而必须把地球用2R的相同密度的球补成一个对称球，根据万有引力服从叠加原理，应用组合成方法解此问题，如图所示，对于球腔内AO 连线上任一点P 来说，整个地球对处于该点小球的引力F 等于“有腔地球”对小球的引力1F 与填入这空腔内的“小地球”对小球的引力2F 的矢量和，即F ＝1F ＋2F其中F 可分成两部分：（1）半径OP （记作x ）的球体外的球壳部分对小球的引力，根据上面的分析为零．（2）以O 点为球心，半径为x 的球体对小球（质量为m ）的引力，其值等于整个地球对这个小球的引力，即F ＝34πG ρmx ②②式的ρ是地球的密度．同理，设“小地球”的球心'O 到P 点的距离为'x 得2F ＝34G πρm 'x ③2F 的方向指向'O 点，将②、③代入①式得1F ＝34G πρm 2R不难看出，若P 点在1的左侧，上式仍然成立．即小球始终受着一个指向地心O 的恒力1F ，因此它将做匀加速直线运动，其加速度a ＝1F ／m ＝32G πρ·R ＝2g，因此小球从A 点到O 点所用时间为t ＝g R aR 42 ＝1.6×310s ．十一、随堂练习1．如图6－2所示，在一个半径为R ，质量为M 的球体中，紧贴球的边缘挖去一个半径为R ／2的球形空穴后，对位于球心和空穴中心连线上，与球心相距d 的质点m 的引力如何求解？引力大小为多少？图6－22．在牛顿发现万有引力定律一百多年后，英国物理学家______利用_______装置，第一项在实验室内比较准确地测出了万有引力恒量的数值．3．两艘质量各为1×710kg 的轮船相距100米时，它们之间的万有引力相当于（ ）A ．一个人的重力量级B ．一个鸡蛋的重力量级C ．一个西瓜的重力量级D ．一头牛的重力量级4．下列叙述正确的是 （ ）A ．卡文迪许实验证明了万有引力定律并测出了引力常量B ．万有引力常量的单位是N ·2m ／2kg C ．我们平时很难察觉到物体间的引力，这是由于它们之间没有引力作用D ．万有引力常量是人为规定的答案：1．把整个球体对质点的引力看成是挖去的小球的剩余部分对质点的引力之和．所以挖出的球体后的剩余部分对球外质点m 的引力大小F ＝GMm 2222)2/(8287R d d R dR d -⋅+-2．卡文迪许 扭杆 3．B 4．AB。
万有引力定律及引力常量的测定教案
万有引力定律及引力常量的测定教案第一章：引言1.1 学习目标了解万有引力定律的概念及其在物理学中的重要性。
掌握引力常量的测定方法及其在现实生活中的应用。
1.2 教学内容引言介绍：引力和万有引力定律的概念。
万有引力定律的表述和意义。
引力常量的概念和测定方法。
1.3 教学活动引入引力概念，引导学生思考引力的存在和作用。
通过实例说明万有引力定律的应用，如天体运动、地球上的物体等。
引导学生了解引力常量的测定方法，如卡文迪许实验。
第二章：万有引力定律2.1 学习目标掌握万有引力定律的数学表达式和物理意义。
理解万有引力定律的适用范围和条件。
2.2 教学内容万有引力定律的数学表达式：F=G(m1m2)/r^2。
万有引力定律的物理意义：描述了两个物体之间的引力大小与质量乘积和距离的平方成反比。
万有引力定律的适用范围和条件：适用于质点、均匀球体和两个物体之间的引力计算。
2.3 教学活动通过示例和问题，引导学生理解万有引力定律的数学表达式和物理意义。
讨论万有引力定律的适用范围和条件，引导学生思考其在不同情况下的应用。
第三章：引力常量的测定3.1 学习目标掌握引力常量的测定方法及其在现实生活中的应用。
理解引力常量的重要性和测量方法。
3.2 教学内容引力常量的概念：万有引力定律中的比例常数。
引力常量的测定方法：卡文迪许实验、地球引力场测量等。
引力常量在现实生活中的应用：地球重力加速度的测量、卫星导航等。
3.3 教学活动介绍引力常量的概念，引导学生理解其重要性。
通过实验视频或实物演示，展示引力常量的测定方法，如卡文迪许实验。
结合实际应用案例，让学生了解引力常量在现实生活中的作用。
第四章：万有引力定律的应用4.1 学习目标掌握万有引力定律在实际问题中的应用。
能够运用万有引力定律解决简单的物理问题。
4.2 教学内容万有引力定律在天体运动中的应用：行星运动、卫星轨道等。
万有引力定律在地球表面的应用：物体的重力、地震预测等。
4.3 教学活动通过示例和问题，引导学生了解万有引力定律在天体运动中的应用。
《第1节 万有引力定律及引力常量的测定》教学设计(部级优课)
《万有引力定律及引力常量的测定》教学设计一、课程标准：通过了解有关事实了解万有引力定律的发现过程，指导万有引力定律，认识发现万有引力的重要意义，体会科学定律对人类探索未知世界的作用二、教材分析：从课程进程中，可以看出《万有引力定律及引力常量的测定》这节内容是对上章教学内容的进一步推演，并且是本章的第一单元内容，同时，本节内容也是下节课教学内容的基础，是本章的教学重点，在高中物理中占有重要地位三、学情分析：从知识结构来看，在学习万有引力定律前，学生已经对重力、向心力、加速度、重力加速度、向心加速度等概念有了较好的理解，并且掌握圆周运动等运动规律，能熟练运用牛顿运动定律解决动力学问题，已经完全具备了深入探究和学习万有引力定律的能力四、教学目标1、通过练习理解并掌握开普勒行星运动定律2、通过物体间万有引力的计算，掌握万有引力定律的公式及应用方法3、通过阅读教材，了解引力常量的测定方法，进一步体会万有引力的普遍性五、教学重点、难点重点：1、对万有引力定律及适用条件的正确认识2、卡文迪许扭秤测引力常量的原理及重要意义难点：对万有引力定律的理解六、教学过程：(一)开普勒定律开普勒对第谷长期天文观察的结果进行了创造性的研究与思考，开始他想用哥白尼的太阳系模型说明火星的运行轨道，但与第谷的观测结果有8分的误差，从而大胆地摒弃了天体作匀速圆周运动的观点，从事实中寻找原则，建立了开普勒定律，对行星的运动作出了更科学、更精确的描述，回答了“天体怎样运动？”的问题。
（1）开普勒第一定律：所有行星分别在大小不同的椭圆轨迹上围绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的焦点上。
对椭圆的认识组织学生动手完成椭圆的画法。
（参照椭圆的半长轴、焦点进行介绍）（2）开普勒第二定律：太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等。
（3）开普勒第三定律：所有行星的椭圆轨迹的半长轴的三次方与公转周期的平方的比值都相等。
即32RkT，k是与太阳质量有关的恒量，与行星的质量无关。
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第三节引力常量的测定
●本节教材分析
这节课的内容是要让学生知道引力常量G的值的测出使万有引力定律具有更多的实际意义.可是一般物体间的引力很小，怎样才能够测出呢？要让学生去体会卡文迪许扭秤的“巧妙”所在.
这节课的重点是卡文迪许扭秤测量引力常量的原理，难点是扭转力矩平衡问题的理解.在教学中，解决重点、难点的同时要渗透对学生的思想教育及“测定微小量的思想方法”.●教学目标
一、知识目标
1.了解卡文迪许实验装置及其原理.
2.知道引力常量的物理意义及其数据值.
二、能力目标
通过卡文迪许如何测定微小量的思想方法，培养学生开动脑筋，灵活运用所学知识解决实际问题的能力.
三、德育目标
通过对卡文迪许实验的设计思想的学习，启发学生多动脑筋，培养其发散性思维、创造性思维.
●教学重点
卡文迪许扭秤测引力常量的原理.
●教学难点
扭转力矩与引力矩平衡问题的理解.
●教学方法
1.对卡文迪许实验的装置和原理采用直接讲授、介绍方法.
2.对金属丝的扭转角度，采用与微小形变实验的对照.
●教学用具
投影仪、投影片、卡文迪许扭秤模型.
●教学步骤
一、导入新课
牛顿虽然发现了万有引力定律,却没能给出准确的引力常量,使万有引力定律只有其理论意义，而无更多的实际意义.经过一百多年以后,英国的物理学家卡文迪许,巧妙地用扭秤装置，在实验室里比较准确地测出了万有引力常量.这节课我们就来看一下他的实验的奇妙何在.
二、新课教学
（一）用投影片出示本节课的学习目标
1.了解卡文迪许实验装置及其原理.
2.知道引力常量的物理意义及其数值.
(二)学习目标完成过程
1.出示卡文迪许扭秤模型，让学生与课本上实验示意图相对照，介绍各部分的结构与名称.
①是一根金属丝②是光源③刻度尺
M为倒立的、轻而坚固的T型架上的平面镜M，T型架的两端各固定一个质量相等的小球m,m′如图所放位置，与两m的距离相等，都为r.
2.同学们还记得我们显示微小形变的装置吗？如果忘了的同学请翻开课本第6页的实验，重新看一看利用什么显示物体的微小形变？
同学回答：物体表面发生微小形变，就会引起两平面镜微小角度偏移，两平面镜距离还较远，所以反射
光线两次反射，光点会在刻度尺上有明显移动.这样就可显示出桌面的微小形变来.
提问：两个m 的两边放m ′有什么用？
学生积极回答，m 将要受到m ′的引力作用. 提问：这两个引力会产生什么样的效果？
学生回答：T 型架受到力矩作用而转动.并使金属丝发生扭转. 老师进一步问：那我们的眼睛能看出它的转动吗？
学生：不会，因为这个引力太小，扭转角度很小，就会与金属丝扭转力距平衡，T 型架会停下来不动，又一次处于平衡态.
提问：平面镜M 在此起什么作用？与微小形变显示实验加以对照，请同学讨论一下.
抽学生回答：M 转过很小的角度，引起刻度尺上光点移动明显的距离，我们即可知道金属丝发生了扭转.
评价：大家回答的很好，同学们阅读课本第106页的第四段，总结一下卡文迪许实验的原理.
学生总结回答：T 形架受到力矩作用而转动，使金属丝发生扭转，产生相反的扭转力矩，阻碍T 形架转动.当这两个力矩平衡时，T 形架停下来不动.设金属丝的扭转力矩为M 1，引力矩为M 2，即有M 1=M 2.
金属丝的扭转力矩根据M 1与扭转角度θ有关，而扭转角度θ可通过从小镜M 反射的光点在刻度尺上移动的距离求出.此时M 1即为已知.而M 2=M 1=F 引·l
F 引=l r m m
G ⋅'2
即可得：l
m m r M G '=21 利用可控变量法多次进行测量，得出万有引力常量G =6.67×10-11N ·m 2/kg 2.
3.“巧妙”何在？
他把微小力（根本不可能觉察到）转变成力矩来反映；扭转的微小角度又通过光标的移动来反映，同学们由此可欣赏到物理大师们解决问题的奇妙手段和独特的创造性思维.这非常值得我们去学习、去探索.
4.万有引力常量的物理意义
(1)引力常量测出有着非常重要的意义.用这个实验有力地证明了万有引力的存在，更使得万有引力定律有了真正的实用价值.卡文迪许被人们誉为“能称出地球质量的人”，那同学们想一想并做一做，怎样就能称出地球的质量.
抽学生上黑板做：
设地球的质量为M ，地面上某物体的质量为m ，重力加速度为g ,地球半径为R ，引力常量为G . 则G gR M mg R
Mm G F 22 =≈= (2) 还可知道两个1kg 的物体相距1m 所受的万有引力为6.67×10-11N ，从这个值可知，一般物体间的万有引力非常小，我们根本感受不到.所以我们研究地面上宏观物体的运动情况，是不考虑万有引力的，即是可以忽略不计的.
(3)一个人的质量为50kg ，他在地面上受到的重力是多大？如果地球的半径R =6.4×106m,地球质量为6.0×1024kg ，计算一下人与地球之间的万有引力是多大？
G =mg =50×9.8N=490 N
N 1089.4)
104.6(100.60.51067.622624112⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==-R mM G F 显然G ≈F .实际上地球上的物体所受的重力约等于万有引力，重力是万有引力的一个分量.
三、巩固练习
1.把太阳系各行星的运动都近似看作匀速圆周运动，则离太阳越远的行星
A.周期越小
B.线速度越小
C.角速度越小
D.加速度越小
2.有一对质量都是M 的双星，距离为r ,已知引力恒量为G .这对双星以相同的角速度绕它们的质心做匀速圆周运动，则其中每一颗星的动能是
A.GM 2/8r
B.GM 2/4r
C.GM 2/2r
D.GM 2/r 参考答案：
1.BCD
2.B 四、小结 这节课我们学习的主要知识点有：
1.卡文迪许在实验室里测量引力常量的装置及原理.
2.知道引力常量的测出有着非常重要的意义.
3.知道了卡文迪许扭秤的设计思想,应该对我们有较大的启迪作用. 五、作业
1.课本P 107，5
2.思考题：
(1)离地面某一高度h 处的重力加速度是地球表面重力加速度的一半，则高度h 是地球半径的
A.2倍
B.2倍
C.)12(+倍
D.)12(-倍
(2)设想把物体放到地球的中心，则此物体此时与地球间的万有引力是多少？
参考答案：(1)D (2)零
六、板书设计
第三节 引力常量的测定
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧'=L m m r M G 21力矩平衡测万有引力常量的原理装置卡文迪许实验 ⎪⎩
⎪⎨⎧=其与地球的万有引力地面上物体所受的重力能测出地球的质量
正的实用价值使万有引力定律有了真义万有引力常量的物理意.3.2.1 七、素质能力训练
1.已知地球的质量是月球的81倍，地球的半径是月球的3.8倍，同一个人在地球表面受到的重力，是在月球表面受到月球引力的 倍.
2.某一星球与地球半径之比为1∶2，质量之比为1∶10，假如某人在星球上和地球上跳高，则这个人在星球上和地球上跳起的最大高度之比是 .
3.若地球半径为6370km,地面的重力加速度为10m/s 2,取一位有效数字，则引力常量和地球质量的乘积是 N ·m 2/kg.
4.一旦万有引力恒量G 值为已知，决定地球质量的数量级就成为可能，若已知万有引力恒量G =6.67×10-11N ·m 2/kg 2.则可知地球质量的数量级是 .
A.1018
B.1020
C.1022
D.1024
5.如果有一星球的密度跟地球的密度相同，又已知它表面的重力加速度是地球表面重力加速度的2倍，则该星球质量与地球质量之比是
A.
21 B.2 C.8 D.8
1 6.两个行星的质量分别为m 1和m 2，绕太阳运行的轨道半径分别是r 1和r 2，若它们只受太阳万有引力作用，那么这两个行星的向心加速度之比为
A.1
B.m2r1/m1r2
C.m1r2/m2r1
D.r22/r12
7.一行星密度为地球的2倍，表面重力加速度也是9.8m/s2,该行星与地球的半径之比为 A.1∶1
B.1∶2
C.2∶1
D.2∶3
8.已知地球绕太阳公转的轨道半径为1.49×1011m，公转周期为3.16×107s，试求：
(1)地球绕太阳公转的速度;
(2)地球绕太阳公转的向心加速度;
(3)如果地球质量为5.89×1024kg,那么太阳对地球的万有引力应为多大.
参考答案：
1. 5.6
2.5∶2
3. 3.4×1014
4.D
5.Ｃ
6.D
7.B
8.(1)2.96×104m/s
(2)5.88×10-3m/s2
(3)3.47×1022N。