人教版（2019）高一物理必修2-7.2 万有引力定律-教案.docx

1、万有引力定律万有引力定律 课题 万有引力定律 单元 7 学科 物理 年级 高一 教材 分析 本节课所采用的教材是人教版高中物理必修第二册第七章第二节的内容， 万 有引力定律是本章的核心，具有承上启下的作用。从知识建构的历史进程来看， 根据上节所学知识，在教师的引导下学生较容易提出本节所学内容。 教学过程中的关键是对万有引力定律的推导过程深入体会， 培养学生的科学 品质，知道公式的适用条件，引力常量测定中的思想方法等。物理学史的讲述不 仅要达到了解历史的目的，还需借此使学生体会科学研究的长期性、连续性、艰 巨性，升华学生的思想，提升学生素质。 本节要求学生理解万有引力定律的含义并会推导万有引力定

2、律， 记住引力常 量 G 并理解其内涵，知道任何物体间都存在着万有引力，且遵循相同的规律，月 地检验出现在正文里起衔接作用，把太阳与行星间的引力推广到地球与月球，地 球与地面物体间，并对任意两个物体间的引力起铺垫作用。 教教 学学 目目 标标 一、教学目标 1了解万有引力定律得出的思路和过程。 2理解万有引力定律的含义并会推导万有引力定律，记住引力常量 G 并理 解其内涵。 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、核心素养 物理观念：构建任何物体都存在引力的物理观念，能科学地描述万有引力定 律以及方向形成相互作用观念。 科学思维：通过推导太阳与行星间的引力公式，体会逻辑推理在

3、物理学中的 重要性。 科学探究：通过对万有引力的学习让学生会用物理知识来解释生活中的问 题，提高分析问题解决问题的能力。 科学态度与责任：通过牛顿在前人的基础上发现万有引力的思想过程，说明 科学研究的长期性、连续性及艰巨性。 教教 1万有引力定律的推导。 2万有引力定律的内容及表达公式。 学学 重重 点点 教教 学学 难难 点点 1对万有引力定律的理解。 2使学生能把地面上的物体所受的重力与其他星球与地球之间存在的引力 是同性质的力联系起来。 教学过程教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 导入新课 出示动画以及图片 思考：太阳对行星的引力使得行星围绕 太阳运动，月球围绕地球运动，是

4、否能说明 地球对月球有引力作用？ 抛出的物体总要落回地面，是否说明地 球对物体有引力作用？那么自然界中任何两 个物体间是否都存在引力？引力的大小和方 向能确定吗？ 要想清楚明白了解这些问题，就需要认 真学习万有引力定律。 观看动画以 及图片并思 考问题。 通过问题的思 考， 增强学生学 习的兴趣， 为万 有引力定律的 学习作铺垫。 讲授新课 一、科学家们的探索之路 1、伽利略 认为行星的运动是由“惯性”自行维持 的。 2、开普勒 行星的运动是受到了来自太阳的类似于 磁力的作用 ，与距离成反比。 3、笛卡尔 认为在行星的周围有旋转的物质作用在 阅读课文了 解科学家的 探索之路 体会科学研究 的长

5、期性、 连续 性及艰巨性。 行星上，使得行星绕太阳运动。 4、胡克 认为行星的运动是太阳吸引的缘故，并 且力的大小与到太阳距离的平方成反比。 5、牛顿 以任何方式改变速度（包括改变速度的 方向）都需要力。这就是说，使行星沿圆或 椭圆运动，需要指向圆心或椭圆焦点的力， 这个力应该就是太阳对它的引力。 下面我们根据牛顿运动定律及开普勒行 星运动定律来讨论太阳与行星间的引力。 二、行星与太阳间的引力 1、 简化模型： 行星轨道按照“圆”来处理； 行星做匀速圆周运动时，受到一个指向 圆心（太阳）的引力提供了向心力，太阳与 行星间引力的方向沿着二者的连线。 2、太阳和行星之间的引力 问题：设行星的质量为

6、 m，速度为 v， 行星与太阳间的距离为 r，周期为 T，请推 导太阳对行星的引力 F。 解：行星绕太阳做匀速圆周运动的向心 力为： F=mv2/r 周期为 T 与线速度为 v 的关系： V=2r/T 代入得： F=42mr/T2 由开普勒第三定律： 学生观察图 片中的向心 力及其方向 在教师的引 导下学生推 导太阳对行 星的引力。 掌握行星轨道 按照“圆”来处 理的简化模型。 锻炼学生灵活 运用公式以及 逻辑思维能力。 r3/T2=k 得： T2= r3/k 代入得： F=42km/r2 上式等号右边 42k 为常量，太阳对行星 的引力跟行星的质量成正比，与行星、太阳 距离的二次方成反比：即

7、 F m/r2 。 同理行星对太阳的引力跟太阳的质量成 正比，与行星、太阳距离的二次方成反比： 即：F M/r2 由牛顿第三定律知 F 和 F的大小相等， 因此太阳和行星之间的引力与行星和太阳的 质量成正比与距离的二次方成反比： F Mm/r2 写成等式就是： F=G Mm/r2 式中量 G 与太阳、行星都没有关系。 太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线。 至此，牛顿一直是在已有的观测结果和 理论引导下进行推测和分析，观测结果仅对 “行星绕太阳运动”成立，这还不是万有引 力定律。 三、月地检验 出示图片：月亮和苹果图片 思考：地球绕太阳运动，月球绕地球运 动，它们之间的作用力是同一种性质的力

8、吗？ 这种力与地球对树上苹果的吸引力也是 同一种性质的力吗？ 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。 在教师引导 下分析，猜 想：“天上” 的力与“人 间”的力应 属于同种性 质的力。 使学生产生对 引力是否同一 性质的探究兴 趣 1月地检验的目的：检验维持月球绕 地球运动的力与使物体下落的力是同一种性 质力，都遵从“平方反比”的规律。 2月地检验的推导 假设地球与月球间的作用力与太阳与行 星间的作用力是同一种力，则应该满足： 2 r mm G=F 地月 根据牛顿第二定律 2 r m G= m F =a 地 月

9、月 (r 是地球中心与月球中心的距离 ) 假设地球对苹果的吸引力也是同一种 力，同理可知，苹果的自由落体加速度： 2 R m G=a 地 苹 ( R 是地球中心与苹果间的距离 ) /可得： 2 2 r R = a a 苹 月 由于月球与地球中 心的距离 r 约为地球半径 R 的 60 倍，所 以： 2 06 1 = a a 苹 月 思考讨论：已知自由落体加速度 g 为 98 m/s2 ，月球中心距离地球中心的距离为 38 108 m，月球公转周期为 273 d，约 236 106 s，求： 苹 月 a a 根据这些数据，能否验证前面的假设？ 由牛顿第二 定律引导学 生发现加速 度也可以完 成对

10、引力特 点的研究。 学生思考讨 论并动手推 导 直接 研究力， 对于月球受到 的力很难去测 量， 所以转换思 维， 换一个能够 体现力特点的 物理量去研究。 这样给以真实 的数据让学生 得以验证， 也使 之体会到获得 探究成功的喜 悦，增强成就 感。 解： 23- 262 6 2 s /m102.69 s /m102.36 1036. 2 14. 32 = r) T 2 (=a ）（ 月 2 4 06 1 107 . 2= a a 苹 月 这表明，地面物体所受地球的引力、月 球所受地球的引力，与太阳、行星间的引力， 真的遵从相同的规律。 四、万有引力定律 1、定律表述：自然界中任何两个物体都

11、是互相吸引的， 引力的方向在它们的连线上， 引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正 比，跟它们的距离的二次方成反比。 2、公式表达： 12 2 m m FG r （1）m1和 m2表示两个物体的质量单位 用千克（kg）； （2）r 表示它们的距离单位用米（m）。 力的单位用牛（N） （3）G 是比例系数，叫作引力常量， 适用于任何两个物体。 3、对万有引力的理解 自然界中任何两个物体都是互相吸引 的，所以说：万有引力具有相互性、普遍性。 另外万有引力还具有宏观性。 4、适用条件 (1)可视为质点的两物体间的引力； (2)两质量均匀分布的球体间的引力。 r 指的是两球心间的距离。 学生记忆、 教

12、师讲解 学生理解记 忆 掌握理解万有 引力定律 掌握万有引力 的适用条件 (3)一质量均匀分布的球体和一质点间的 引力。 r 指质点和球心间的距离。 五、引力常量的测定 1789 年，即在牛顿发现万有引力定律一 百多年以后，英国物理学家卡文迪什，在实 验室里通过测量几个铅球之间的万有引力， 比较准确地得出了 G 的数值。 1、引力常量 G 的数值 标准值：G 6672 59 10 -11 N m2/kg2， 通常取：G=667 10 11 N m2/kg2 知识拓展：卡文迪什实验 动画演示：卡文迪什实验 1、实验原理 力矩平衡，即引力矩=扭转力矩 2、科学方法：放大法 3、科学思想：等效的思想

13、 (1)扭秤装置把微小力转变成力矩来反映 (2)扭转角度(微小形变)通过光标的移动 来反映 思考讨论 1：既然自然界中任何两个物 体都是互相吸引的，为什么我们感觉不到周 围物体的引力呢？为什么说万有引力具有宏 观性？ 计算：两个质量为 60kg，相距 1m 的物 学生记忆引 力常量 G 的数值 学生观看动 画 学生思考讨 论并计算 了解实验原理、 科学方法和科 学思想 理解万有引力 的宏观性， 锻炼 学生的计算能 力 体之间的引力？ 解： =24012 10-7N 此力不到一粒芝麻重的几千分之一所以 根本感觉不到它的存在。 计算：太阳的质量为 M=20 1030kg， 地球质量为 m=60 1

14、024kg，日地之间的距 离为 R=15 1011m 请计算：太阳与地球之 间的万有引力又是多大呢？ =35 1022N 太阳与地球之间的万有引力的大小竟能 拉断直径为 9000km 的钢柱，非常巨大。 通常情况下，万有引力非常小，只有质 量巨大的星球间或天体与附近的物体间，它 的存在才有实际的物理意义所以说万有引力 还具有宏观性。 思考讨论 2：一个篮球的质量为 0.6 kg， 它所受的重力有多大？试估算操场上相距 0.5 m 的两个篮球之间的万有引力。 解：G=mg=0.6 98N=588N 12 2 m m FG r 96 10-11 两个篮球万有引力非常小，人们根本无 法察觉到，所以万

15、有引力具有宏观性。 思考讨论并 计算 学生阅读课 文回答问题 锻炼学生的计 算能力， 体会两 个篮球万有引 力非常小， 可以 忽略 锻炼学生的自 主学习能力 2、引力常量物理意义：引力常量在数值 上等于两个质量都是 1 kg 的质点相距 1 m 时 的相互吸引力。 3、引力常量测定的意义 （1） 卡文迪什利用扭秤装置通过改变小 球的质量和距离，得到了 G 的数值，验证了 万有引力定律的正确性。 （2） 引力常量的确定使万有引力定律能 够进行定量的计算， 显示出真正的实用价值。 科学漫步 牛顿的科学生涯 阅读回答下面问题： 1、简述牛顿的科学生涯。 2、 说一说牛顿在前人的基础上形成了比 较全面

16、的科学方法是什么？ 3、 在科学研究方面我们应该学习牛顿的 哪些品质？ 课堂练习 1火星轨道半径是地球轨道半径的 a 倍，火星质量约为地球质量的 b 倍，那么火 星与太阳之间的引力约为地球与太阳之间引 力的_倍。 答案： 2 在牛顿发现太阳与行星间的引力过程 中，得出太阳对行星的引力表达式后推出行 星对太阳的引力表达式，是一个很关键的论 证步骤，这一步骤采用的论证方法是( ) A研究对象的选取 B理想化过 程 C控制变量法 D等效法 答案： D 学生练习 巩固所学知识 2 a b 3、一名宇航员来到一个星球上，如果该 星球的质量是地球质量的一半，它的直径也 是地球直径的一半，那么这名宇航员在该

17、星 球上所受的万有引力大小是他在地球上所受 万有引力大小的( ) A 0.25 倍 B 0.5 倍 C 20 倍 D 40 倍 答案：C 44 月 30 日，西昌卫星发射中心发射 了一圆轨道卫星，其轨道半径为 28 107m， 它与另一颗同质量的同步轨道卫星（轨道半 径为 42 107m）相比（ ） A向心加速度较小 B周期较大 C线速度较大 D机械能较大 答案：C 拓展提高 1 “嫦娥一号”和“嫦娥二号”卫星相 继完成了对月球的环月飞行，标志着我国探 月工程的第一阶段已经完成。设“嫦娥二号” 卫星环绕月球的运动为匀速圆周运动，它距 月球表面的高度为 h， 已知月球的质量为 M、 半径为 R，

18、引力常量为 G，则卫星绕月球运 动的向心加速度 a=_，线速度 v=_。 答案： 2对于万有引力定律的表达式 F= 2 )h+R( GM h+R GM ，下面说法中正确的是( ) A当 r 趋近于零时，万有引力趋于无穷 大 B公式中 G 为引力常量，它是由实验 测得的，而不是人为规定的 C若 m1m2，则 m1受到的引力大于 m2受到的引力 Dm1与 m2受到的引力大小相等，是一 对平衡力 答案：B 3最近，科学家在望远镜中看到太阳系 外某一恒星有一行星，并测得它围绕该恒星 运动一周所用的时间为 1200 年， 它与该恒星 的距离为地球到太阳距离的 100 倍。假定该 行星绕恒星运行的轨道和地

19、球绕太阳运行的 轨道都是圆周，仅利用以上两个数据可以求 出的量有（ ） A恒星质量与太阳质量之比 B恒星密度与太阳密度之比 C行星质量与地球质量之比 D行星运行速度与地球公转速度之比 答案：AD 课堂小结 1、万有引力定律公式 2 21 r mm GF G=667 10 11 N m2/kg2 2、适用条件 （1）适用于质点间引力大小的计算 （2） 对于可视为质点的物体间的引力求 解也可以利用万有引力公式 （3）当研究的物体不能看成质点时，可 梳理自己本 节所学知识 进行交流 根据学生表述， 查漏补缺， 并有 针对性地进行 讲解补充。 2 21 r mGm 以把物体假想分割成无数质点，求分力，再 求合力 板书 一、科学家们的探索之路 二、行星与太阳间的引力 太阳和行星之间的引力与行星和太阳的 质量成正比与距离的二次方成反比。 三、月地检验 太阳与行星间、地球与月球间、地球与 地面物体间的力是同一种性质的力。 四、万有引力定律 2 21 r mm GF 普遍性、相互性、宏观性 五、引力常量的测定 卡文迪什通过实验测出：G=667 10 11 Nm2/kg2 意义：证明了万有引力的存在；使万有 引力定律有了真正的实用价值。