2023年高一下學期優質課教案
馮帥萬有引力定律教案
【教學目標】
一、知識與技能
1、了解萬有引力定律得出的思路和過程，知道重物下落和天體運動的統一性。
2、理解萬有引力定律的含義並會用萬有引力定律公式解決簡單的引力計算問題。
3、知道萬有引力定律公式的適用範圍。
4、理解萬有引力常量的意義及測定方法，了解卡文迪許實驗室。
二、過程與方法
1、在萬有引力定律建立過程的學習中，學習發現問題、提出問題、猜想假設與推理論證等方法。
2、培養學生研究問題時，抓住主要矛盾，簡化問題，建立理想模型的處理問題的能力。
三、情感態度與價值觀
1、通過牛頓在前人的基礎上發現萬有引力定律的思考過程，說明科學研究的長期性，連續性及艱巨性，提高學生科學價值觀。
2、經過萬有引力常量測定的學習，讓學生體會科學的方**和物理常量數量級的重要性
【教學重點】
1、月-地檢驗的推到過程。
2、萬有引力定律的內容及表達公式。
【教學重點】
1、對萬有引力定律的理解。
2、使學生能把地面上的物體所受重力與其他星球與地球之間存在的引力是同性質的力聯絡起來。
【教學設計思想】
在本節課教學，將讓學生繼續經歷上節課的萬有引力定律「發現之旅」，為此使整個教學流程力圖體現如下規律發現過程:
進一步猜想：「天上」的力與「人間」的力可能出於同一本源？
月-地檢驗：這個大膽的想法要由事實檢驗。
更大膽地猜想：是否任意兩個物體之間都存在這樣的引力？
得到萬有引力定律： （g為引力常量）。
檢驗萬有引力定律的普適性：卡文迪許測定萬有引力常量g.
通過這個假想——理論推導——實驗檢驗過程，讓學生在物理情景中主動的參與知識的構建過程，體會這種充滿著大膽的設想、巧妙的驗證和從中體現著的科學探索的精神與方法。
【教學設計過程】
一、新課引入
教師活動：
通過上節的分析，我們已經知道了我們太陽與行星間的引力規律，那麼：
a.行星為什麼能夠繞太陽運轉而不會飛離太陽？
b.行星與太陽間的引力與什麼因素有關？
c.可以根據哪些已知規律推導出推出太陽與行星間的引力遵從的是什麼樣的規律？
公式中的g是比例係數，f是太陽和行星之間的引力，正是太陽和行星之間的引力使得行星不能飛離太陽。那麼大家想到過，又是什麼力使得地面的物體不能離開地球，總要落回地面呢？
為了研究這個問題，下面我們繼續來體驗一下：牛頓發現萬有引力定律的思維過程。
學生活動：
（引導學生回答，教師及時糾正補充）
a.行星與太陽間的引力提供作為行星繞太陽近似圓周運動的向心力，從而使得行星不能飛離太陽。
b.行星與太陽間的引力f與太陽和行星之間的距離r，行星質量m和太陽質量m有關。
c.根據克卜勒第
一、第二定律和牛頓第三定律推出太陽與行星間的引力遵從的規律： 。
二、授新課
（一）、進一步猜想
教師活動：
演示：將塑料製成且內部空心的蘋果置於某位學生頭頂不遠處，靜止釋放。
誘思：1.蘋果為什麼只砸向這位同學，而不是砸向其他同學呢？
2.那麼受到重力又是怎麼產生的呢？
3.地球對蘋果的引力和太陽對行星的引力是否根本就是同一種力？若是這樣，物體離地面越遠，其受到地球的引力就應該越小，比如我們爬到高山上時，察覺到我們受到重力減小了？為什麼？
4.這樣的高度比起天體之間的距離來說，簡直太小了。如果我們再往遠處設想，物體延伸到月球那麼遠，物體將會怎麼樣運動？
於是我們可以提出這樣的猜想：太陽對行星的引力 ，地球對月球的力，地球對地面上物體的力，也許真是同一種力，遵循相同的規律？
學生活動：
（觀察蘋果的運動，啟發學生提出問題，並進行思考討論）
1.由於重力方向豎直向下，蘋果在其重力作用下，在這位同學頭頂正上方可認為做豎直向下的自由落體運動。
2.由於地球對蘋果的吸引力而產生的。 .
3.可能是同一種力。
沒有明顯減弱，可能因為還不夠遠。
4.可能這個物體會象月球那樣繞著地球運動。
（二）、月-地檢驗
教師活動：
假定上述猜想成立，月球和蘋果的地位相當，則地球對月球的力與地球對蘋果的力應該同樣遵從「平方反比」律，即 ，那麼月球軌道上的物體受到的引力比他在地面附近受到的引力要小.
創設情景：
在牛頓時代，重力加速度g、月-地的距離r、月球的公轉週期t都能精確的測定，已知r=3.8×108m,t=27 .3天, g=9.
8m/s2，月球軌道半徑即月-地的距離r為地球半徑r的60倍，那麼：
①在月球軌道上的物體受到的引力f1是它在地面附近受到的引力f2 的幾分之一？
②物體在月球軌道上的加速度a（月球公轉的向心加速度）是它在地面附近下落的加速度g重力加速度（重力加速度）的幾分之一？
可見：用資料說明上述設想的正確性，牛頓的設想經受了事實的檢驗，地球對月球的力，地球對地面物體的力真是同一種力。至此，平方反比律已經擴充套件到太陽與行星之間 ，地球與月球之間、地球對地面物體之間.
學生活動：
（通過創設情景中資料，讓學生進行定量計算）
①設物體的質量為m在月球軌道上的物體受到的引力 ，物體在地面附近受到的 ，則有
②設質量為m的物體在月球的軌道上運動的加速度（月球公轉的向心加速度）為a，則 ， ，r=60r，得 ，代入資料解得
（三）、萬有引力定律
教師活動：
既然太陽與行星之間 ，地球與月球之間、地球對地面物體之間具有與兩個物體的質量成正比,跟它們的距離的二次方成反比的引力。那麼我們可以更大膽設想：是否任何兩個物體之間都存在這樣的力？
很可能有，只是因為我們身邊的物體質量比天體的質量小得多，我們不易覺察罷了，於是我們可以把這一規律推廣到自然界中任意兩個物體間，即具有劃時代意義的萬有引力定律. 提出問題，閱讀教材：
1.什麼是萬有引力？並舉出例項。
2．萬有引力定律怎樣反映物體之間相互作用的規律？其數學表示式如何？並註明每個符號的單位和物理意義。
3.萬有引力定律的適用條件是什麼？
4.你認為萬有引力定律的發現有何深遠意義？
對萬有引力定律的理解：
a、普遍性：萬有引力存在於任何兩個物體之間，只不過一般物體的質量與星球相比太小了，他們之間的萬有引力也非常小，完全可以忽略不計。
b、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。
c、特殊性：兩個物體間的萬有引力和物體所在的空間及其他物體存在無關。
d、適用性：只適用於兩個質點間的引力，當物體之間的距離遠大於物體本身時，物體可看成質點;當兩物體是質量分布均勻的球體時，它們間的引力也可直接用公式計算，但式中的r是指兩球心間的距離。
學生活動：
（提出問題，引導學生根據問題閱讀教材p70-71，教師引導總結）
1.萬有引力是普遍存在於宇宙中任何有質量的物體之間的相互吸引力。日對地、地對月、地對地面上物體的引力都是其實例。
2.萬有引力定律的內容是：宇宙間一切物體都是相互吸引的。兩物體間的引力大小，跟它們的質量的乘積成下比，跟它們間的距離平方成反比.
式中各物理量的含義及單位：
f為兩個物體間的引力，單位：n.
m1、m2分別表示兩個物體的質量，單位：kg
r為兩個物體間的距離，單位：m
g為萬有引力常量：g=6.67×10-11 nm2/kg2，它在數值上等於質量是1kg的物體相距公尺時的相互作用力，
單位：nm2/kg2.
3.只適用於兩個質點間的引力，當物體之間的距離遠大於物體本身時，物體可看成質點;當兩物體是質量分布均勻的球體時，它們間的引力也可直接用公式計算，但式中的r是指兩球心間的距離。.
4.萬有引力定律的發現有著重要的物理意義：它對物理學、天文學的發展具有深遠的影響；它把地面上物體運動的規律和天體運動的規律統一起來；對科學文化發展起到了積極的推動作用，解放了人們的思想，給人們探索自然的奧秘建立了極大信心，人們有能力理解天地間的各種事物。
（四）、萬有引力常量
教師活動：
動畫展示：（教材中沒有，補充給學生，如右圖）並介紹構造、演示實驗過程，引導學生一起分析原理。
測引力（極小）轉化為測引力矩，再轉化為測石英絲扭轉角度，最後轉化為光點在刻度尺上移動的距離（較大）。根據預先求出的石英絲扭轉力矩跟扭轉角度的關係，可以證明出扭轉力矩，進而求得引力，確定引力恒量的值g=6.754×10-11 nm2/kg2。
根據上述資料結合教材，思考問題：
1.試比較卡文迪許測定引力常量的值g和現代引力常量g。並嘗試說明卡文迪許在測 g值時巧妙在**？
2.引力常量的測定有何實際意義？
學生活動：
著變化量與微小量的關係，算出微小變化量。
2. 卡文迪許在測定引力恒量g，表明萬有引力定律適用於地面的任何兩個物體，用實驗方法進一步證明了萬有引力定律的普適性；同時使得包括計算星體質量在內的關於萬有引力定律的定量計算成為可能。
（五）、實踐**
創設情景：
1.請估算這兩位同學，相距1m遠時它們間的萬有引力多大？（可設他們的質量為50kg）
2.已知地球的質量約為6.0×1024kg，地球半徑為6.4×106m，請估算其中一位同學和地球之間的萬有引力又是多大？
3.已知地球表面的重力加速度 ，則其中這位同學所受重力位多少?並比較萬有引力和重力？
本題小結：由此可見通常物體間的萬有引力極小，一般不易感覺到。而物體與天體間的萬有引力（如人與地球）就不能忽略了。
學生活動：兩位同學靠攏後離開三次以上.
學生思考回答：萬有引力太小。
根據情景中資料，學生進行估算：
1.由萬有引力定律得：
代入資料得：f1=1.7×10-7n
2.由萬有引力定律得：
代入資料得：f2=493n
3. ，比較結果萬有引力比重力大．原因是在地球表面上的物體所受萬有引力可分解為重力和自轉所需的向心力．
學生活動：
認真總結概括本節內容，完成知識網路框架圖（如下圖），並把自己這節課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，進而進行生生互評。
學生體會：
發現萬有引力定律的思維過程：假想——理論推導——實驗檢驗
作業：p71頁1-3題
6 3萬有引力定律
6.3 萬有引力定律 學習目標 1.體會物理研究中猜想與驗證的魅力，能夠踏著牛頓的足跡了解月地檢驗。2.進一步大膽地推導得出萬有引力定律。3.了解引力常量的測量及意義。學習重難點 1.根萬有引力定律的理解和應用 2.牛頓推導萬有引力定律的基本思路和研究方法 設疑自探 1.月 地檢驗的目的是什麼？如何...
6 2萬有引力定律
式中 為萬有引力恒量 為兩物體的中心距離 引力是相互的 遵循牛頓第三定律 二 應用 例題及課堂練習 學生中存在這樣的問題 既然宇宙間的一切物體都是相互吸引的，哪為什麼物體沒有被吸引到一起？請學生帶著這個疑問解題 例題1 兩物體質量都是1kg，兩物體相距1m，則兩物體間的萬有引力是多少？解 由萬有引力...
萬有引力定律公式總結
線速度角速度 向心加速度 向心力兩個基本思路 1.萬有引力提供向心力 2.忽略地球自轉的影響 代換式 一 測量中心天體的質量和密度 測質量 1 已知表面重力加速度g，和地球半徑r。則 2 已知環繞天體週期t和軌道半徑r。則 3 已知環繞天體的線速度v和軌道半徑r。則 4 已知環繞天體的角速度 和軌道...