粤教版高中物理必修二 3.1 万有引力定律-教案设计

二、苹果落地的思考：万有引力规律的发现
开普勒定律只是描述了行星如何绕太阳运动，但它没有说明是什么原因使它们在各自的轨道上运动。你们会认为是什么原因？
当时一些科学家提出了什么猜想，请同学们阅读课本里的插图。
科学家的猜想
1.开普勒：太阳磁力的吸引；
2.伽利略：“惯性”自行的维持；
3.笛卡尔：太阳的漩涡带动行星和卫星一起运动；
情感、态度与价值观
1．由人类对天体运动的探究过程，培养学生尊重客观事实，实事求是的科学态度。
2．让学生认识到科学的想象力建立在对事物长期深入的思考基础上。
3．树立把物理事实作为证据的观念，形成根据证据、逻辑和既有知识进行科学解释的思维方法。
教学
重点
万有引力定律及其建立过程
教学
难点
万有引力定律的发现过程。牛顿将天体间的力与地面物体受到的重力想象成同一性质的力，而这种想象是建立在十分抽象的逻辑推理之上的。
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准备
课件
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1课时
意图
教师活动
学生活动
可能出现的问题
导入
新课
人类在自己的发展过程中首先就遇到了时间的测量，如一年为什么有春夏秋冬季节的更替，为什么有白天和黑夜，旱季或雨季什么时候开始等等。为了解决这些问题，人类通过对天体——太阳、月亮、行星和恒星的观察，找到了解决问题的办法，人类就这样开始对天体的位置和运动的研究。
回答问题：地球公转、地球自转
新课
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一、天体究竟做怎样的运动
（一）古人对天体运动的看法及发展过程
A．让同学自己阅读天体究竟做怎样的运动这一小节，提出问题：
（1）人们对天体运动的探索过程存在哪些看法？
（2）这些看法的观点是什么？
B．深入探究
请同学们在前面的基础上讨论：
1．“地心说”为什么能占领较长的统治时间？
前人的这种对问题一丝不苟、孜孜以求的精神值得大家学习，所以我们对待学习要脚踏实地，认认真真，不放过一点疑问。
（二）开普勒对行星运动的研究
不论“地心说”还是“日心说”，古人把天体的运动看得十分神圣，都认为天体的运动不同于地面物体的运动，天体做的是最完美、最和谐的匀速圆周运动。
后来，开普勒在应用行星绕太阳做椭圆运动的模型描述火星的运动时，发现与他的老师第谷对火星运行轨道的观测值有误差。开普勒思考：是第谷观察数据错了，还是火星根本就不做圆形轨道运动呢？开普勒坚信第谷的数据是正确的，经过4年多的刻苦计算，先后否定了十九种设想，最后了发现火星运行的轨道不是圆，而是椭圆，并得出了行星运动的规律。
请学生阅读课本。
牛顿在这假设基础上，设计了著名的“月—地”实验，证明了月球和苹果受到同一性质的力。
（4）由此可推知重力、行星对其卫星的引力、太阳对行星的引力可能同一性质的力。
（5）既然一切天体之间有引力，地球与物体之间有引力。那么，是否所有物体之间都存在相互吸引的力呢？那么，这个力又是多大呢？
（6）最后，牛顿在前人研究的基础上，经过了许多年的思考和严密的数学推导以后，才正式提出了万有引力定律。
（1）谁都见过苹果；落地，但为何只有牛顿能从中悟出其中的道理呢？
（2）胡克、哈雷对重力的认识已相当接近万有引力的表述，但他们为何没能提出万有引力定律呢？
（原因：他们没有想到天体间的作用力与地面物体所受的力是同一性质的力；缺乏必要的数学知识。）
（3）科学不仅需要一定的专业知识，还需要一定的想象力，由牛顿在发现万有引力定律时所表现出来的想象力，你又受到哪些启发呢？
（2）苹果树不论长得矮还是高，树上的苹果都会落地。由此可知，即使苹果长到月球那么高，照样会落地。那么，月球为何没有落地呢？
（3）苹果树上的苹果相对地球静止，在重力的作用下，因此会落到地面；若月球相对于地球静止，月球也将像苹果一样的落回地面。月球上的苹果若具有月球一样的运动速度，它也将像月球一样不落回地面。能否假设月球和苹果受到同一性质的力呢？
万有引力定律
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目标
知识与技能
1．了解人类对天体运动探索的发展历程。
2．了解开普勒三大定律。
3．了解万有引力定律的发现过程。
4．知道万有引力定律。
5．知道引力常数的大小和意义。
过程与方法
1．通过对“地心说”与“日心说”争论的评述，提高交流、合作能力。
2．以科学探究的方式，了解牛顿是怎样发现万有引力定律的。
4.胡克：太阳引力的缘故，并且力的大小与到太阳距离的平方成反比。
5.牛顿也一直在思考为何行星做椭圆运动。据说，某一天，牛顿看到苹果落地发现万有引力定律的。苹果落地是很普通现象，我们会认为它落地就是落地，不会加以思考。牛顿是怎样发现万有引力定律的？
引导学生思考：
（1）苹果熟了，为什么会落到地上而不是天上？
2．由于“日心说”最终战胜了“地心说”，虽然“地心说”符合人们的经验，但它还是错误的。进而说明“眼见为实”的说法并非绝对正确。例如：我们乘车时观察到树木在向后运动，而事实上并没有动(相对于地面)。
3．“日心说”所以能够战胜“地心说”是因为好多“地心说”不能解析的现象“日心说”则能说明，也就是说，“日心说”比“地心说”更科学、更接近事实。例如：若地球不动，昼夜交替是太阳绕地球运动形成的。那么，每天的情况就应是相同的，而事实上，每天白天的长短不同，冷暖不同。而“日心说”则能说明这种情况：白昼是地球自转形成的，而四季是地球绕太阳公转形成的。
引导他们这是估算，他和同桌的质量都是60kg，相距0.5m。学生算出后，问这个力到底有多大呢？一粒芝麻的质量大约是0.004kg，其重力约为4×10-5N，大约是你和和同桌间引力的40多倍。
（2）如果有一天万有引力突然消失，世界将发生什么变化？对你的生活将产生什么影响？
简略介绍发现万有引力定律的重要意义：揭示了地面上物体运动的规律和天体上物体的运动的遵从同一规律，让人们认识到天体上物体的运动规律也是可以认识的，解放了人们的思想，给人们探索自然的奥秘建立了极大信心，对后来的物理学、天文学的发展具有深远的影响。引导学生思考以下问题：
4．从目前科研结果和我们所掌握的知识来看，“日心说”也并不是绝对正确的，因为太阳只是太阳系的一个中心天体，而太阳系只是宇宙中众多星系之一，所以太阳并不是宇宙的中心，也不是静止不动的。“日心说”只是与“地心说”相比更准确一些罢了。
学生会提出一些说法，如引力等
学生回答
学生阅读课本
阅读课文，并从课文中找出相应的答案。
1．地心说—日心说—圆周运动—与事实矛盾—椭圆运动—开普勒对行星运动的描述
2．“地心说”认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动；“日心说”认为太阳是宇宙的中心，地球、月亮以及其他行星都在绕太阳运动。
1．“地心说”占领统治地位时间较长的原因是由于它比较符合人们的日常经验，如：太阳从东边升起，从西边落下；同时它也符合当时在政治上占统治地位的宗教神学观点。
（二）引力恒量的测定
牛顿发现了万有引力定律，却没有给出引力恒量的数值。由于一般物体间的引力非常小，用实验测定极其困难。直到一百多年之后，才由英国的卡文迪许用精巧的扭秤测出。通常情况下取G=6．67×10-11N·m2/kg2
讨论与交流：
（1）万有引力定律指出，任何物体间都存在引力，为什么当我们两个人靠近时并没有吸引到一起？请估算你和同桌之间的引力多大？
（一）万有引力定律的内容：
1．宇宙间任意两个有质量的物体都存在相互吸引力，其大小与两物体的质量乘积成正比，跟它们间距离的平方成反比。
2．式中质量的单位用千克，距离的单位用米，力的单位用牛顿；G=N·m2/kg2，叫万有力恒量，它在数值上等于两质量各为1kg的物体相距1米时的万有引力的大小。
3．适用条件是：两个质点间的相互作用，可以看作质点的两个物体间的相互作用。若是两个均匀的球体，应是两球心间距。
2．俗话说“眼见为实”，这种说法是否绝对正确？试举例。
3．“日心说”为什么ຫໍສະໝຸດ 战胜“地心说”？4．“日心说”的观点是否正确？
5．“地心说”和“日心说”理论提出后，即使是错误的理论也包含一定的价值，对人们的生活、生产产生了哪些影响？（同学们课外查找资料了解）
C．教师总结
事实上从“地心说”向“日心说”的过渡经历了漫长的时间，并且科学家们付出了艰苦的奋斗，哥白尼的“日心说”观点不符合当时欧洲统治教会的利益，因而受到了教会的迫害。然而，科学真理的确立是任何愚昧势力所阻挡不了的。经过后人的不懈努力和探索，哥白尼的日心说终于取得胜利。