萬有引力定律教案

1、個(gè)性化教案太陽與行星間的引力、萬有引力定律適用學(xué)科高中物理適用年級高中一年級適用區(qū)域全國新課標(biāo)使用課時(shí)時(shí)長（分鐘）120知識點(diǎn)1. 理解太陽與行星間存在引力。2. 能根據(jù)開普勒行星運(yùn)動定律和牛頓第三定律推導(dǎo)出太陽與行星間的引力表達(dá)式。3. 了解萬有引力得出的思路和過程。4. 理解萬有引力定律的含義并會推導(dǎo)萬有引力定律。5. 理解地面上物體所受的重力與天體間的引力是同一性質(zhì)的力，即服從平方反比定律的萬有引力。記住引力常量G并理解其內(nèi)涵。教學(xué)目標(biāo)（1）理解太陽與行星間存在引力；（2）了解萬有引力得出的思路和過程（3）理解萬有引力定律的含義并會推導(dǎo)萬有引力定律；（4）理解地面上物體所受的重力與天體間

2、的引力是同一性質(zhì)的力，即服從平方反比定律的萬有引力教學(xué)重點(diǎn)根據(jù)開普勒行星運(yùn)動定律和牛頓第三定律推導(dǎo)出太陽與行星間的引力公式、掌握萬有引力定律的內(nèi)容及表達(dá)公式教學(xué)難點(diǎn)對萬有引力定律的理解、太陽與行星間的引力公式的推導(dǎo)教學(xué)過程 一、復(fù)習(xí)預(yù)習(xí)教師：開普勒在前人的基礎(chǔ)上，經(jīng)過計(jì)算總結(jié)出了他的三條定律，請同學(xué)們回憶一下，三條定律的內(nèi)容是什么?學(xué)生：思考并回答開普勒開普勒三條定律的內(nèi)容。第一定律：所有行星繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。第二定律：對任意一個(gè)行星來說，它與太陽的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。第三定律：所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。即：比值

3、k是一個(gè)與行星無關(guān)的常量。教師：開普勒第三定律適用于圓軌道時(shí)，是怎樣表述的？學(xué)生：思考并回答問題。對某一行星來說，它繞太陽作勻速圓周運(yùn)動，其軌道半徑的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。教師：通過對開普勒定律的學(xué)習(xí)，知道了行星運(yùn)動時(shí)所遵循的規(guī)律，即行星怎樣運(yùn)動？那么行星為什么要做這樣的運(yùn)動呢?今天我們共同來學(xué)習(xí)、探討這一問題。 二、知識講解考點(diǎn)/易錯(cuò)點(diǎn)1 太陽與行星之間的引力教師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材第一、二段，思考下面的問題：1、在解釋行星繞太陽運(yùn)動的原因這一問題上，為什么牛頓能夠成功，而其他科學(xué)家卻失敗了？你認(rèn)為牛頓成功的關(guān)鍵是什么？學(xué)生：閱讀課文，分組討論，從課文中找出相應(yīng)的答案。過渡：這

4、一節(jié)和下一節(jié)，我們將追尋牛頓的足跡，用自己的手和腦，重新“發(fā)現(xiàn)”萬有引力定律。1、太陽對行星的引力教師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，并投影出示以下提綱，讓學(xué)生在練習(xí)本上獨(dú)立推導(dǎo)： 1、行星繞太陽作勻速圓周運(yùn)動，寫出行星需要的向心力表達(dá)式，并說明式中符號的物理意義。2、行星運(yùn)動的線速度v與周期T的關(guān)系式如何？為何要消去v？寫出要消去v后的向心力表達(dá)式。3、如何應(yīng)用開普勒第三定律消去周期T？為何要消去周期T？4、寫出引力F與距離r的比例式，說明比例式的意義。2、行星對太陽的引力教師：行星對太陽的引力與太陽的質(zhì)量M以及行星到太陽的距離r之間又有何關(guān)系？請?jiān)诰毩?xí)本上用學(xué)過的知識推導(dǎo)出來。學(xué)生：在練習(xí)本上用牛頓第

5、三定律推導(dǎo)行星對太陽的引力F與太陽的質(zhì)量M以及行星到太陽的距離r之間的關(guān)系。3、太陽與行星間的引力教師：綜合以上推導(dǎo)過程，推導(dǎo)出太陽與行星間的引力與太陽質(zhì)量、行星質(zhì)量、以及兩者距離的關(guān)系式?？纯茨軌虻贸鍪裁唇Y(jié)論。學(xué)生：在練習(xí)本上推導(dǎo)出太陽與行星間的引力表達(dá)式?？键c(diǎn)/易錯(cuò)點(diǎn)2萬有引力定律1、月地檢驗(yàn)教師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“月地檢驗(yàn)”部分的內(nèi)容，投影以下數(shù)據(jù)：地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，月球繞地球運(yùn)動的周期為27.3天，地球半徑為R =6.4106m，試?yán)媒滩奶峁┑男畔?，通過計(jì)算，證明課本上提出的假設(shè)，即地球?qū)υ虑虻牧εc地球使蘋果自由下落的力的是同一種力，都遵守“反平方”的規(guī)律。學(xué)生

6、：閱讀課文，從課文中找出必要的信息，在練習(xí)本上進(jìn)行定量計(jì)算。設(shè)質(zhì)量為m的物體在月球的軌道上運(yùn)動的加速度（月球公轉(zhuǎn)的向心加速度）為a，則，r=60R，得 代入數(shù)據(jù)解得 點(diǎn)評：引導(dǎo)學(xué)生定量計(jì)算，用無可辯駁的事實(shí)證明猜想的正確性，增強(qiáng)學(xué)生的理性認(rèn)識。2、萬有引力定律教師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，思考問題： 1、把太陽與行星之間、地球與月球之間、地球與地面物體之間的引力遵從的規(guī)律推廣到宇宙萬物之間，你覺得合適嗎？發(fā)表自己的見解。2、萬有引力定律的內(nèi)容是什么？寫出表達(dá)式。并注明每個(gè)符號的單位和物理意義3、你認(rèn)為萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)有何深遠(yuǎn)意義？學(xué)生：閱讀課本，思考問題。 教師：聽取學(xué)生匯報(bào)，點(diǎn)評總結(jié)。萬有引力定

7、律的發(fā)現(xiàn)有著重要的物理意義：它對物理學(xué)、天文學(xué)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響；它把地面上物體運(yùn)動的規(guī)律和天體運(yùn)動的規(guī)律統(tǒng)一起來；對科學(xué)文化發(fā)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。3、引力常量教師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，思考問題：1、測定引力常量有何意義？2、引力常量是由哪位物理學(xué)家測出的，它的數(shù)值是多大？3、引力常量的測定有何實(shí)際意義？學(xué)生：閱讀課本，思考問題。教師：聽取學(xué)生匯報(bào)，點(diǎn)評總結(jié)。牛頓在前人的基礎(chǔ)上，應(yīng)用他超凡的數(shù)學(xué)才能，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，卻沒能給出準(zhǔn)確的引力常量，使萬有引力定律只有其理論意義，而無更多的實(shí)際意義。引力常量G

8、的測出，使萬有引力定律具有了實(shí)際意義。 三、例題精析【例題1】設(shè)地球是半徑為R的均勻球體，質(zhì)量為M，若把質(zhì)量為m的物體放在地球的中心，則物體受到的地球的萬有引力大小為()A零 B無窮大CG D無法確定 【答案】A 【解析】有的同學(xué)認(rèn)為：由萬有引力公式FG，由于r0，故F為無窮大，從而錯(cuò)選B。設(shè)想把物體放到地球的中心，此時(shí)FG已不適用。地球的各部分對物體的吸引力是對稱的，故物體受到的地球的萬有引力是零，故應(yīng)選A?！纠}2】火箭在高空某處所受的引力為它在地面某處所受引力的一半，則火箭離地面的高度與地球半徑之比為()A(1)1 B(1)1C.1 D1【答案】B【解析】設(shè)地球的半徑為R，火箭離地面高度

9、為h，所以F空，F(xiàn)地，其中F空F地，因此，B項(xiàng)正確?！纠}3】火星的質(zhì)量和半徑分別約為地球的和，地球表面的重力加速度為g，則火星表面的重力加速度約為()A0.2g B0.4gC2.5g D5g 【答案】B【解析】在星球表面有Gmg，設(shè)火星表面的重力加速度為g火，0.4，故B正確。 四、課堂運(yùn)用【基礎(chǔ)】 1. 在討論地球潮汐成因時(shí)，地球繞太陽運(yùn)行軌道與月球繞地球運(yùn)行軌道可視為圓軌道。已知太陽質(zhì)量約為月球質(zhì)量的2.7107倍，地球繞太陽運(yùn)行的軌道半徑約為月球繞地球運(yùn)行的軌道半徑的400倍。關(guān)于太陽和月球?qū)Φ厍蛏舷嗤|(zhì)量海水的引力，以下說法正確的是()A太陽引力遠(yuǎn)大于月球引力B太陽引力與月球引力相差

10、不大C月球?qū)Σ煌瑓^(qū)域海水的吸引力大小相等D月球?qū)Σ煌瑓^(qū)域海水的吸引力大小有差異【答案】AD【解析】根據(jù)FG，可得，代入數(shù)據(jù)可知，太陽的引力遠(yuǎn)大于月球的引力，則A正確、B錯(cuò)誤；由于月心到不同區(qū)域海水的距離不同，所以引力大小有差異，則D正確、C錯(cuò)誤?！眷柟獭炕鹦前霃绞堑厍虬霃降囊话?，火星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的1/9，那么地球表面質(zhì)量為50 kg的人受到地球的吸引力約為火星表面同質(zhì)量的物體受到火星引力的多少倍？【答案】【解析】設(shè)火星半徑為R，地球半徑為2R；火星質(zhì)量為M，地球質(zhì)量為9M。在地球上FG，在火星上FG，所以同質(zhì)量的人在地球表面受到的吸引力是在火星表面受到的吸引力的倍?！景胃摺咳鐖D所示，火箭內(nèi)平臺上放有測試儀器，火箭從地面啟動后，以的加速度豎直向上勻加速運(yùn)動，升到某一高度時(shí)，測試儀器對平臺的壓力為啟動前壓力的。已知地球半徑為R，求火箭此時(shí)離地面的高度。(g為地面附近的重力加速度) 【答案】【解析】火箭上升過程中，物體受豎直向下的重力和向上的支持力，設(shè)高度為h時(shí)，重力加速度為g。由牛頓第二定律得mgmgm，得gg。由萬有引力定律知Gmg，Gmg。由聯(lián)立得h。課程小結(jié) 通過本次