(完整版)萬(wàn)有引力定律教學(xué)設(shè)計(jì)

1、萬(wàn)有引力定律教學(xué)設(shè)計(jì)山東省莒南第一中學(xué) 朱淑娟【教材依據(jù)】 人教版高中物理必修二第六章第三節(jié)【教材分析】1、萬(wàn)有引力定律這一節(jié)承上啟下，承接上章勻速圓周運(yùn)動(dòng)，開(kāi)啟之后要學(xué)習(xí)的衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2、萬(wàn)有引力定律這一節(jié)是本章的核心， 這節(jié)內(nèi)容是對(duì)上兩節(jié)課教學(xué)內(nèi)容的進(jìn)一步推演， 也是下節(jié)課教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)，是本章的教學(xué)重點(diǎn)。3、教材在尊重歷史事實(shí)的前提下，通過(guò)一些邏輯思維的鋪墊，讓學(xué)生以自己現(xiàn)有的知 識(shí)基礎(chǔ)，經(jīng)歷一次“發(fā)現(xiàn)”萬(wàn)有引力定律的過(guò)程?！緦W(xué)情分析】1. 高一學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了牛頓的三個(gè)定律、 圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)、 開(kāi)普勒三定律， 已經(jīng)積累了 一定的知識(shí)。理論上已經(jīng)具備了接受萬(wàn)有引力定律的能力。2. 在上

2、一節(jié)中，學(xué)生經(jīng)歷了太陽(yáng)與行星間引力的探究過(guò)程，學(xué)生對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的研究產(chǎn) 生了極大的興趣和求知欲。3. 另一方面我國(guó)在航天事業(yè)上成就突出，捷報(bào)頻傳，極大的激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)有關(guān)宇宙、 航天、衛(wèi)星知識(shí)的興趣?！窘虒W(xué)目標(biāo)】一、知識(shí)與技能 1、了解萬(wàn)有引力定律得出的思路和過(guò)程，知道重物下落和天體運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一性。2 、理解萬(wàn)有引力定律的含義并會(huì)用萬(wàn)有引力定律公式解決簡(jiǎn)單的引力計(jì)算問(wèn)題。3 、知道萬(wàn)有引力定律公式的適用范圍。4 、理解萬(wàn)有引力常量的意義及測(cè)定方法，了解卡文迪許實(shí)驗(yàn)室。二、過(guò)程與方法1 、在萬(wàn)有引力定律建立過(guò)程的學(xué)習(xí)中， 學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、 提出問(wèn)題、猜想假設(shè)與推理論 證等方法。2、培養(yǎng)學(xué)生研究問(wèn)題時(shí)，

3、 抓住主要矛盾， 簡(jiǎn)化問(wèn)題，建立理想模型的處理問(wèn)題的能力。三、情感態(tài)度與價(jià)值觀1、通過(guò)牛頓在前人的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的思考過(guò)程，說(shuō)明科學(xué)研究的長(zhǎng)期性， 連續(xù)性及艱巨性，提高學(xué)生科學(xué)價(jià)值觀。2、經(jīng)過(guò)萬(wàn)有引力常量測(cè)定的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)的方法論和物理常量數(shù)量級(jí)的重要 性?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】1 、月- 地檢驗(yàn)的推導(dǎo)過(guò)程。2 、萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容及表達(dá)式?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】1 、對(duì)萬(wàn)有引力定律的理解。2 、使學(xué)生能把地面上的物體所受重力與月地之間存在的引力是同性質(zhì)的力聯(lián)系起來(lái)。 【教學(xué)設(shè)計(jì)思想】在本節(jié)課教學(xué)，將讓學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行“發(fā)現(xiàn)之旅” - 追尋牛頓的足跡，為此整個(gè)教學(xué)流 程如下 : 由蘋(píng)果落地引起猜想 -

4、 月地檢驗(yàn) - 更大膽的猜想 - 萬(wàn)有引力定律 - 卡文迪許測(cè) 定 G。通過(guò)這個(gè)假想理論推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)過(guò)程，讓學(xué)生在物理情景中主動(dòng)的參與知識(shí) 的構(gòu)建過(guò)程， 體會(huì)這種充滿著大膽的設(shè)想、 巧妙的驗(yàn)證和從中體現(xiàn)著的科學(xué)探索的精神與方 法?！窘虒W(xué)過(guò)程】一 、新課引入教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)通過(guò)上一節(jié)的學(xué)習(xí)， 我們已經(jīng)知道了 太陽(yáng)與行星間的引力規(guī)律，提問(wèn)：表達(dá)式 是怎樣的？這一節(jié)我們將繼續(xù)追尋牛頓的足跡 “發(fā)現(xiàn)”萬(wàn)有引力定律。（教師板書(shū)課題： 6.3 萬(wàn)有引力定律）提問(wèn)：提到萬(wàn)有引力定律，同學(xué)們首 先想到什么 ?展示課件中的牛頓蘋(píng)果樹(shù)的圖片， 講 述中國(guó)也有牛頓蘋(píng)果樹(shù)的事實(shí)。學(xué)生回答 F Gm1m2r2想到牛頓與

5、蘋(píng)果的故事設(shè)計(jì)說(shuō)明： 講述學(xué)生不知道的事實(shí) - 中國(guó)也有牛頓蘋(píng)果樹(shù)， 引起學(xué)生的興趣， 激發(fā) 學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。、教授新課 一）進(jìn)一步猜想教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)展示課件中牛頓與蘋(píng)果的故事圖片， “回 味”牛頓的思考及牛頓的猜想：思考：（1）地球和月球之間的吸引力會(huì)不 與地球吸引蘋(píng)果的力是同一種力？思考：（2）即使在最高的建筑物上和最高 的山頂上，重力都不會(huì)有明顯的減弱那么地 球表面的重力能否延伸到很遠(yuǎn)的地方，會(huì)不會(huì) 作用到月球上？思考：（3）拉住月球使它繞地球運(yùn)動(dòng)的力， 與拉著蘋(píng)果使它下落的力，以及眾行星與太陽(yáng) 之間的作用力也許真的是同一種力，遵循相同 的規(guī)律 ?牛頓的猜想：這些力是同一種性質(zhì)的力，

6、并且都遵從與距離的平方成反比 的規(guī)律觀察圖片，與牛頓 ”一起 ”猜想：（ 1）地球和月球之間的吸引力使月球沒(méi) 有做離心運(yùn)動(dòng)，地球吸引蘋(píng)果的力使蘋(píng)果落 地，它們可能是同一種力。（2）高山上也有蘋(píng)果樹(shù)，蘋(píng)果熟了也會(huì) 下落。地球表面的重力會(huì)延伸至很遠(yuǎn)，也會(huì)作 用的月球上。（3）猜想是同一種力，都遵從相同規(guī)律設(shè)計(jì)說(shuō)明： 通過(guò)蘋(píng)果自由下落的物理情景， 喚醒學(xué)生腦中當(dāng)年由蘋(píng)果落地而引起遐想進(jìn) 而發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的故事情景， 從而啟發(fā)學(xué)生設(shè)問(wèn)， 使牛頓的想法能夠激發(fā)學(xué)生的興趣與 想像力。（二）月 - 地檢驗(yàn)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)（板書(shū)： 一、月地檢驗(yàn) ） 課件展示情景：月球繞地球做勻速圓周 運(yùn)動(dòng)（月球軌道半徑 r

7、 為地球半徑 R的 60 倍）假定上述猜想成立，月球和蘋(píng)果的地位 相當(dāng)，則地球?qū)υ虑虻牧εc地球?qū)μO(píng)果的力 應(yīng)該同樣遵從“平方反比”律，即。提問(wèn)： （ 1）月球做什么運(yùn)動(dòng)？符合什么 規(guī)律？（2）物體在地面附近受到的地球的吸引 力表達(dá)式是怎樣的？（ 3）月球的加速度 （月球公轉(zhuǎn)的向心加 速度）是重力加速度 g 的幾分之一？課件展示：在牛頓時(shí)代， 重力加速度 g，月地的距離 r 、月球的公轉(zhuǎn)周期 T 都能精確的測(cè)定， 已知 月球周期： T = 27.3 天 2.36 × 106s 月球軌道半徑： r 60R 地球半徑：R = 6400 ×103m提問(wèn)： （ 4）以上數(shù)據(jù)能計(jì)算出月

8、球的向 心加速度嗎？可見(jiàn)：用數(shù)據(jù)說(shuō)明上述設(shè)想的正確性， 牛頓的猜想經(jīng)受了事實(shí)的檢驗(yàn)，地球?qū)υ虑颍ㄍㄟ^(guò)創(chuàng)設(shè)情景中數(shù)據(jù)， 讓學(xué)生進(jìn)行定量 計(jì)算） 學(xué)生回答： 由牛頓第二定律得：GMmF月 2 ma月 月 （60R）2 月GMmF地2ma地Ra月12a地 60 用上一章知識(shí)計(jì)算出數(shù)據(jù)：（借助計(jì)算器會(huì) 更快）42a月 T 2 r322.72 10 3m/ s212g602親身體驗(yàn)推導(dǎo)過(guò)程，猜想得到證實(shí)，學(xué)生的 學(xué)習(xí)熱情進(jìn)一步提升。的力，地球?qū)Φ孛嫖矬w的力真是同一種力。至此，平方反比律已經(jīng)擴(kuò)展到太陽(yáng)與行星之 間，地球與月球之間、地球?qū)Φ孛嫖矬w之間。設(shè)計(jì)說(shuō)明：通過(guò)創(chuàng)設(shè)情景，引導(dǎo)學(xué)生定量計(jì)算，用無(wú)可辯駁的事

9、實(shí)證明猜想的正確性， 增強(qiáng)學(xué)生的理性認(rèn)識(shí)。三）萬(wàn)有引力定律教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)猜想的到了證實(shí)， 那么我們可以展開(kāi)想象的 翅膀， 更大膽設(shè)想： 是否任何兩個(gè)物體之間 都存在這樣的力？只是因?yàn)槲覀兩磉叺奈?體質(zhì)量比天體的質(zhì)量小得多， 我們不易覺(jué)察 罷了，于是我們可以把這一規(guī)律推廣到自然 界中任意兩個(gè)物體間即萬(wàn)有引力定律 提出問(wèn)題，閱讀教材： 1什么是萬(wàn)有引力？并舉出實(shí)例。 2萬(wàn)有引力定律怎樣反映物體之間相互作 用的規(guī)律？其數(shù)學(xué)表達(dá)式如何？并注明每 個(gè)符號(hào)的單位和物理意義。 3萬(wàn)有引力定律的適用條件是什么？ 同時(shí)體會(huì)萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容， 理解萬(wàn) 有引力定律普遍性、相互性、宏觀性： A、普遍性：萬(wàn)有引力存

10、在于任何兩個(gè) 物體之間， 只不過(guò)一般物體的質(zhì)量與星球相 比太小了，他們之間的萬(wàn)有引力也非常小， 完全可以忽略不計(jì)。B、相互性：兩個(gè)物體相互作用的引力 是一對(duì)作用力與反作用力。C、宏觀性：通常情況下，萬(wàn)有引力非 常小，只有在質(zhì)量巨大的天體間或天體與物 體間它的存在才有宏觀的物理意義 在微觀 世界中， 粒子的質(zhì)量都非常小， 粒子間的萬(wàn) 有引力很不顯著，萬(wàn)有引力可以忽略不計(jì)講解過(guò)程中適時(shí)板書(shū)：二、萬(wàn)有引力定律1內(nèi)容：2 表達(dá)式： F G m1m2 2r2適用條件：質(zhì)點(diǎn)3理解：普遍性（提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)問(wèn)題閱讀教材， 教師引導(dǎo)總結(jié)）1萬(wàn)有引力是普遍存在于宇宙中任何有 質(zhì)量的物體之間的相互吸引力。日

11、對(duì)地、地 對(duì)月、地對(duì)地面上物體的引力都是其實(shí)例。 2萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容是：自然界中任何兩 個(gè)物體都相互吸引，引力的方向在它們的連 線上，引力的大小與物體的質(zhì)量 m1 和 m2 的乘 積成正比，與它們之間距離 r 的二次方成反 比.式中各物理量的含義及單位：F 為兩個(gè)物體間的引力，單位： Nm1、 m2分別表示兩個(gè)物體的質(zhì)量，單位： kg r 為兩個(gè)物體間的距離，單位： m G 為 萬(wàn) 有 引力 常量 ： G=6.67 × 10-11 N·m2/kg2，它在數(shù)值上等于質(zhì)量是 1Kg 的物 體相距米時(shí)的相互作用力， 單位： N· m2/kg2 3適用于兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的引力

12、， 當(dāng)物體之間的 距離遠(yuǎn)大于物體本身時(shí)，物體可看成質(zhì)點(diǎn)； 當(dāng)兩物體是質(zhì)量分布均勻的球體時(shí)，它們間 的引力也可直接用公式計(jì)算，但式中的 r 是 指兩球心間的距離。萬(wàn)有引力定律具有普遍性、相互性、 宏觀性。相互性宏觀性設(shè)計(jì)說(shuō)明：?jiǎn)l(fā)學(xué)生更大膽的猜想，并在教師設(shè)問(wèn)中，自主閱讀教材，做到有的放矢， 自主學(xué)習(xí)，最后引導(dǎo)學(xué)生討論總結(jié)回答問(wèn)題，在增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)表達(dá)能力。 （四）、鞏固練習(xí)：教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)課件展示練習(xí) 每個(gè)題請(qǐng)學(xué)生分析后，教師再小結(jié)要 點(diǎn)：第 1 、2 題考察萬(wàn)有引力大小的表達(dá)式， 引力的大小與物體的質(zhì)量 m1和 m2的乘積 成 正比，與它們之間距離 r 的 二次方 成反比。 同時(shí)體會(huì)人與人

13、之間的萬(wàn)有引力很小， 所以 平時(shí)覺(jué)察不到。第 3、4、 5 題考察萬(wàn)有引力定律的適 用條件以及對(duì)萬(wàn)有引力定律的理解。學(xué)生練習(xí)，再互相討論得出的答案，互 相糾錯(cuò)。學(xué)生主動(dòng)給出自己的答案并分析選擇的 理由。特別是其中第 4 題請(qǐng)學(xué)生分析 CD 項(xiàng)設(shè)計(jì)說(shuō)明： 及時(shí)做練習(xí)， 讓學(xué)生體會(huì)親自推出萬(wàn)有引力定律的成就感， 并及時(shí)鞏固對(duì)萬(wàn) 有引力定律理解。（五）、引力常量的測(cè)定教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律， 卻沒(méi)有給出引觀察圖片，思考問(wèn)題，學(xué)生代表發(fā)表力恒量的數(shù)值。由于一般物體間的引力非常見(jiàn)解小，用實(shí)驗(yàn)測(cè)定極其困難。 直到一百多年之后，（教師引導(dǎo)總結(jié)：）才由英國(guó)的卡文迪許用精巧的扭秤測(cè)出。1用扭秤的

14、方法卡文迪許測(cè)定引力恒課件展示圖片 （教材中沒(méi)有， 補(bǔ)充給學(xué)生）量比較精確。 巧妙之處是其中用到光學(xué)放并介紹構(gòu)造、實(shí)驗(yàn)過(guò)程 ，引導(dǎo)學(xué)生一起分析原大法。理。2. 學(xué)習(xí)彈力時(shí)， 曾經(jīng)也用到光學(xué)放大根據(jù)上述資料結(jié)合教材，思考問(wèn)題：法，用來(lái)觀察微小的形變。1試比較卡文迪許測(cè)定引力常量的值G3卡文迪許在測(cè)定引力恒量 G，表明和現(xiàn)代引力常量 G。并嘗試說(shuō)明卡文迪許在測(cè)萬(wàn)有引力定律適用于地面的任何兩個(gè)物G值時(shí)巧妙在哪里？體，用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)一步證明了萬(wàn)有引力定2. 這種巧妙之處還在哪兒學(xué)過(guò)？律的普適性； 同時(shí)使得包括計(jì)算星體質(zhì)量3引力常量的測(cè)定有何實(shí)際意義？在內(nèi)的關(guān)于萬(wàn)有引力定律的定量計(jì)算成講解過(guò)程中適時(shí)板書(shū)：

15、為可能。三、引力常量1實(shí)驗(yàn)裝置、原理2引力常量的意義設(shè)計(jì)說(shuō)明： 通過(guò)圖片展示和教師講解，在教師設(shè)問(wèn)下，組織學(xué)生進(jìn)行討論和分析， 使學(xué) 生體會(huì)到卡文迪許扭稱實(shí)驗(yàn)精巧的方法， 同時(shí)鍛煉學(xué)生的信息處理能力。 結(jié)合物理學(xué)史講解， 讓學(xué)生體會(huì)引力常量的測(cè)定重要實(shí)際意義。六）、課堂小結(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)今天，我們從太陽(yáng)與行星間引力的作用 出發(fā)，根據(jù)類比事實(shí)將“平方反比關(guān)系”的 作用力進(jìn)行猜想和假設(shè)、 檢驗(yàn)和推廣， 從而 得出萬(wàn)有引力定律。請(qǐng)同學(xué)們互相討論總結(jié)這節(jié)課有什么 收獲？提問(wèn)：通過(guò)這節(jié)學(xué)習(xí)有什么收獲？課件展示課堂總結(jié)：學(xué)生自主討論學(xué)習(xí)收獲。學(xué)生踴躍發(fā)言，暢談收獲。（七）、布置作業(yè)1、市學(xué)案自我測(cè)評(píng) 1

16、 62、預(yù)習(xí)第四節(jié)，思考萬(wàn)有引力定律有哪些應(yīng)用？【板書(shū)設(shè)計(jì)】6.3 萬(wàn)有引力定律一、月 - 地檢驗(yàn)二、萬(wàn)有引力定律1內(nèi)容：2表達(dá)式： F G m1m2 2r2適用條件：質(zhì)點(diǎn)3理解：普遍性相互性宏觀性三、引力常量1實(shí)驗(yàn)裝置、原理2引力常量的意義附：課堂練習(xí)1.粗略的計(jì)算一下兩個(gè)質(zhì)量為 50kg，相距 0.5m 的人之間的引力？答案： 6.67 10 7 N2、要使兩物體間萬(wàn)有引力減小到原來(lái)的1/4 ，可采用的方法是 ( )A使兩物體的質(zhì)量各減少一半，距離保持不變 B使兩物體間距離增至原來(lái)的2 倍，質(zhì)量不變C使其中一個(gè)物體質(zhì)量減為原來(lái)的1/4 ，距離不變D使兩物體質(zhì)量及它們之間的距離都減為原來(lái)的1/4答案： ABC3. 操場(chǎng)兩邊放著半徑為r1、r2，質(zhì)量分別為 m1、m2 的籃球和足球，兩者的直線間距為r，這兩球間的萬(wàn)有引力大小為(AC 小于 答案： Cm1m22rm1m22r4. 對(duì)于萬(wàn)有引力定律的表達(dá)式B 大于m1m22rD 無(wú)法判斷m1 m 22r列說(shuō)法中