63万有引力定律

6.3万有引力定律

教材依据

新课标人教版高中物理必修二第六章第三节

教学流程图

教学目标

一、知识与技能目标

（１）理解万有引力定律的推导思路和过程。

（２）理解并掌握万有引力定律。

（３）知道任何物体间都存在着万有引力，且遵循相同的规律。

二、过程与方法目标

（１）认识科学研究活动中根据事实和分析推理进行猜想、假设和检验的重要性，培养学生的推理能力、概括能力和归纳总结能力；

（２）结合“月－地检验”通过思维程序“提出问题→猜想与假设→理论分析→实验观测→验证结论”培养学生探究思维能力。

三、情感态度与价值观目标

（１）学习科学家们谦逊美德，使学生学习中互相协作、互相借鉴，培养团队精神。

（２）认识天文观测、分析推理、归纳总结等科学意识和方法的重要性，培养学生尊重客观事实并透过现象看本质的认识观。

（３）学习科学家们坚持不懈、勇往直前和一丝不苛的工作精神，培养学生良好的学习习惯和善于探索的思维品质；

教学重点

１．万有引力定律的推导思路和过程。

２．万有引力定律的内容及表达公式。

教学难点

１．对万有引力定律的理解；

２．对万有引力的理解：任意物体间都有万有引力作用。

３．计算万有引力时物体间距离的含义。

教学媒体与环境

（１）电脑、投影仪、屏幕、视频展示台；

（２）Ｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔ、自制多媒体Ｆｌａｓｈ积件：行星绕太阳的运动动画、苹果落地的受力动画、地球引力作用于运动着的月球的受力动画等等。

教学方法

启发诱思，分析推理、猜想假设、事实验证、归纳总结等方法。

教学过程

一、复习提问，导入新课

教师：我们上节课学习了两个问题：其一是追寻牛顿的足迹学习了行星运动的动力学问题，找到了太阳与行星间引力的规律，谁能回答一下其具体内容呢？

学生：（引导学生复习上节课内容）

教师：同学们掌握得很好。根据其间引力的作用规律，完全可以解释行星的运动了。正是由于行星受到了太阳对它的引力作用，行星才不会飞离太阳，而是按开普勒发现的三个规律绕太阳运动。

教师：我们上节课学习的另一个问题是：太阳与行星间的引力规律是否适用于卫星绕行星的运动。思考该问题的探究思维程序如何呢？

学生：提出问题→猜想与假设→理论分析→实验观测→验证结论

（引导学生复习上节课内容“说一说”和相应的探究思维程序，有助于提出“天体间引力规律的普遍性”的新问题从而导入新课。）

教师：那么，你们是否想过天体间引力规律是否具有普遍性呢？也就是说，地面物体与地球间的相互作用力也有同样的“平方反比关系”的规律呢？下面请同学们阅读第三节开头的三个自然段，找一下牛顿当年是怎么思考这个问题的。

（出示阅读提纲，引导学生按要求阅读理解。）

二、新课教学

1.天体间引力规律的普遍性———科学推理，萌发猜想

教师：（投影或多媒体出示如下问题，然后再逐步显示答案。板书如下：）

教师：根据以上分析，我们是否可以推测：拉住月球使它围绕地球运动的力，与拉着苹果下落的力，以及地球、众行星与太阳之间的作用力是同一种力，遵循相同的规律？也就说我们上节课所学习的天体间引力的规律是否具有普遍性呢？

学生：可以，但这个想法的正确性要由事实来检验。

教师：很好，科学离不开事实。牛顿为了验证这个想法的正确性，做了著名的“月－地检验”。请同学们阅读教材第７０页中间的几个自然段，然后回答检验的思路。

2.月地间引力与地球吸引物体的力相同———月地检验，验证猜想

（引导学生阅读教材，再理解月地检验的思路。如下板书按思路逐步显示。）

教师：根据以上分析，我们可以得出什么样的结论呢？

学生：地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力是同一种力。

教师：牛顿并没有就此止步。我们也应该想到，能否进一步推广呢？也就说任意物体间的都有平方反比关系的吸引力。

3.任意物体间的吸引都有平方反比的关系———解放思想，大胆推广

教师：假设任意物体间都有平方反比关系的吸引力作用，为什么我们没有感觉到大楼、大石头之类的物体吸引我们呢？

学生：因为身边物体的质量比天体的质量小得多，我们不能觉察罢了。

教师：这个假设果真正确的话，我们可以大胆地把以上结论推广到宇宙中的一切物体之间。牛顿就这样地将之推广了，具有划时代意义的万有引力定律问世了。

4.万有引力定律———行星的椭圆运动与物体间距离问题的解决

（按学习物理规律的常规方法进行。可引导学生分析或说出各项内容。板书如下：）

（１）内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与两个物体的质量ｍ１和ｍ２的乘积成正比，与它们之间的距离ｒ的二次方成反比。

（２）公式：

（３）单位：质量—ｋｇ，距离—ｍ，力—Ｎ。

（４）比例系数Ｇ：叫做引力常量，普遍适用。

（５）距离的确定：牛顿应用他发明的微积分得知…

①可视为质点的物体，则为质点间的距离。

②对均质球体则是两个球心间的距离。

（６）意义：

①对物理学、天文学的发展具有深远的影响；

②它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一起来了；

③在科学文化发展上起到了积极的推动作用，解放了人们的思想，给人们探索自然的奥秘建立了极大的信心，人们有能力理解天地间的各种事物。

对于可以看做质点的物体，当然就是这两个点的距离。如果是地球、月球等球体，牛顿应用微积分的方法得知，这个距离应该是球心间的距离。同样还用微积分的方法，牛顿证明万有引力定律也适用于行星的椭圆运动。万有引力定律清楚地向人们提示，复杂运动的后面隐藏着简洁的科学规律；它明确地向人们宣告，天上和地下都遵循着完全相同的科学法则。

5.扭称装置巧改造，引力常量被测出—天才发明与天才借鉴

教师：万有引力定律———这一科学史上最伟大的定律，于１６８７年发表在牛顿的传世之作《自然哲学的数学原理》中。但在当时，牛顿无法确定其中的引力常量，万有引力定律的正确性仍然值得怀疑。请同学们阅读教材第７１页的最后两段，找一下是谁、在什么时间、什么地点测出了引力常量。

牛顿(1643——1727)

1687年万有引力定律《自然哲学的数学原理》←时差：100多年→

卡文迪许(1731－1810)

1789年在实验室中用扭秤装置

测出引力常量