高中物理教科版第三章萬有引力定律萬有引力定律

教科版必修2第三章第二節(jié)萬有引力定律教學(xué)設(shè)計(jì)北京市第十中學(xué)宋東明一、設(shè)計(jì)思想本節(jié)課的設(shè)計(jì)主旨在讓學(xué)生通過萬有引力定律的得出思路和過程來了解科學(xué)的研究方法，感受牛頓等科學(xué)家的創(chuàng)新思維、大膽猜測、和深刻的洞察力以及牛頓超凡的數(shù)學(xué)能力；同時(shí)通過學(xué)生自己的思考推導(dǎo)得出萬有引力定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式理解萬有引力定律的內(nèi)容；通過了解卡文迪許測量萬有引力常量實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想和偉大意義。二、教材分析本節(jié)內(nèi)容安排在天體運(yùn)動(dòng)之后，目的是通過已知的天體的運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，追尋牛頓的足跡探究地球與月球、地球與地面物體、物體與物體間的作用力規(guī)律。重在通過讓學(xué)生以自己的知識經(jīng)歷一次“發(fā)現(xiàn)”萬有引力定律的過程，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)是物理學(xué)上的一個(gè)創(chuàng)舉，是本章的重點(diǎn)內(nèi)容，也是后面萬有引力定律應(yīng)用的基礎(chǔ)，理清此定律的由來、適用范圍對以后的綜合應(yīng)用至關(guān)重要。三、學(xué)情分析高一的學(xué)生學(xué)習(xí)興趣比較濃厚，他們的觀察不只停留在一些表面現(xiàn)象，且相比較初中生具有更深層次的探究愿望。在思維方式上由初中形象思維為主向高中抽象思維為主過渡，已經(jīng)能通過一些思維的引導(dǎo)做一些邏輯的推理。本節(jié)主要介紹萬有引力定律的產(chǎn)生過程，學(xué)生通過上節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)已知天體之間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的知識。但不能把物體在地球上受到的重力與星體等的引力本質(zhì)上是一樣的進(jìn)行遷移。因此這部分內(nèi)容將是本節(jié)課的一個(gè)難點(diǎn)。四、教學(xué)目標(biāo)知識與技能1、了解萬有引力定律得出的思路與過程2、理解萬有引力定律的含義、數(shù)學(xué)表達(dá)式；在簡單情景中能計(jì)算萬有引力。3、知道卡文迪許測量萬有引力常量實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想及其偉大意義。過程與方法1、通過簡單分析了解牛頓的“月-地”檢驗(yàn)的意義。2、通過對卡文迪許測量萬有引力常量實(shí)驗(yàn)的了解，認(rèn)識發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的意義，領(lǐng)略天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的簡潔與和諧。情感態(tài)度與價(jià)值觀通過學(xué)習(xí)科學(xué)的研究問題的方法，充實(shí)自己的頭腦，更好地去認(rèn)識世界，建立科學(xué)的價(jià)值觀和審美觀。五、重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：萬有引力定律的內(nèi)容及數(shù)學(xué)表達(dá)式難點(diǎn)：萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)思路和過程的體驗(yàn)六、教學(xué)方法啟發(fā)式提問、講解法、學(xué)生自學(xué)法七、教學(xué)過程課前準(zhǔn)備：學(xué)生以小組為單位，查找驗(yàn)證萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的過程資料。教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖引課視頻播放問題設(shè)置過渡學(xué)生展示過渡提出問題引出行星與太陽之間的引力關(guān)系在教師引導(dǎo)下進(jìn)行理論探究數(shù)學(xué)推導(dǎo)再提示進(jìn)一步推導(dǎo)行星對太陽的引神七宇航員出艙；美俄衛(wèi)星相撞后的碎片，地球圍繞太陽運(yùn)動(dòng)一、與引力有關(guān)現(xiàn)象的思考通過以上視頻我們回答以下問題1.它們都在做著什么樣的運(yùn)動(dòng)？2.如果我們把行星的運(yùn)動(dòng)近似看作圓周運(yùn)動(dòng)，那么它們作圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力由什么力來提供呢？3.這個(gè)引力將滿足什么規(guī)律呢？了解萬有引力的發(fā)展過程今天我們就來作一回科學(xué)家體會(huì)萬有引力的發(fā)現(xiàn)過程的奧妙。提示：1、設(shè)行星的質(zhì)量為m，天文觀測難以直接得到行星的速度v，但可以得到行星的公轉(zhuǎn)周期T，行星到太陽的距離為r，則行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由太陽對行星的引力來提供牛頓為了能很好的站在巨人的肩膀上，利用前人已經(jīng)得出的正確結(jié)論所以他選擇了表達(dá)式進(jìn)行接下來的推導(dǎo)。強(qiáng)調(diào)此表達(dá)式就是行星做圓周運(yùn)動(dòng)的牛頓第二定律表達(dá)式。2、根據(jù)開普勒第三定律：問題：1.行星對太陽的引力與太陽對行星的引力是一對什么力？觀看視頻圓周運(yùn)動(dòng)太陽與行星之間的引力猜想：和距離，質(zhì)量有關(guān)李靜同學(xué)發(fā)言在教師引導(dǎo)下進(jìn)行理論探究學(xué)生根據(jù)已知條件結(jié)合圖中提示獨(dú)立推導(dǎo)得出兩個(gè)結(jié)果：或?qū)W生根據(jù)開普勒第三定律將上面第二個(gè)表達(dá)式繼續(xù)變形得到得出引起學(xué)生注意，為新課做準(zhǔn)備從圓周運(yùn)動(dòng)需要向心力來引出萬有引力引出本節(jié)課主題通過學(xué)生自主獨(dú)立推導(dǎo)定律的過程可加深學(xué)生對定律的理解并訓(xùn)練邏輯思維。培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)推導(dǎo)能力合理外推擴(kuò)大理論適用的范圍。培養(yǎng)學(xué)生的推理能力；進(jìn)一步證明數(shù)學(xué)在物理中的地位教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖萬有引力得出過渡教學(xué)環(huán)節(jié)2.那我們可以用什么規(guī)律來研究行星對太陽的引力規(guī)律呢？3.牛頓第三定律的內(nèi)容是什么？太陽吸引行星的力與行星吸引太陽的力是同性質(zhì)的相互作用力．由于我們可以知道但在此時(shí)這一規(guī)律還不能被稱為“萬有”引力定律。我們再來考慮月球與地球之間是否存在引力是否滿足這一規(guī)律呢？首先月球與地球之間存在引力，因?yàn)橛蓤D可知如果月球不受地球引力將再次根據(jù)前面的方法可以得出這個(gè)引力也滿足比較地面物體所受重力與月球受到地球引力是否是同一性質(zhì)。簡單介紹月——地檢驗(yàn)。問題：既然是同種性質(zhì)的力為什么月球圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)，“蘋果”卻落在地面呢？這樣我們就得到了一條重要的定律——萬有引力定律。教師活動(dòng)答：作用力與反作用力牛頓第三定律同性質(zhì)、等大小、反方向、共直線、不同體依據(jù)牛頓第三定律可進(jìn)一步推知：學(xué)生將正比符號變?yōu)榈忍枺貉貓D中虛線所示直線運(yùn)動(dòng)，這是牛頓第一定律的內(nèi)容因?yàn)榱Φ淖饔眯Ч煌涗洝⒂洃泴W(xué)生活動(dòng)得出了引力的基本規(guī)律經(jīng)過證明可以將這一規(guī)律推廣到行星與衛(wèi)星之間得出結(jié)論這一規(guī)律普遍適用。得出萬有引力定律設(shè)計(jì)意圖重點(diǎn)內(nèi)容講解過渡萬有引力常量的測量課堂小結(jié)二、萬有引力定律（一）內(nèi)容：任何兩個(gè)物體之間都存在相互作用的引力，這個(gè)力的大小與這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，與兩物體之間的距離的二次方成反比．（二）表達(dá)式：式中：G為萬有引力常量，r為兩物體中心的距離．相距很遠(yuǎn)的物體可以看成質(zhì)點(diǎn)，對球形物體而言，r為球心距離．為什么是牛頓發(fā)現(xiàn)的萬有引力定律呢？問題：既然任意兩個(gè)物體之間都有引力作用那么我們?yōu)槭裁礇]有感覺到其他人對我們的吸引力呢？有多小呢？不是我們不知道，而是牛頓也不知道！直到300多年以后才被英國物理學(xué)家卡文迪許測量出來。三、萬有引力常量1．G值為2．G值的物理含義：兩個(gè)質(zhì)量為1kg的物體相距1m時(shí)，它們之間萬有引力為×10-11N．生活實(shí)例：兩個(gè)質(zhì)量為50kg的同學(xué)相距0.5m時(shí)的相互吸引力有多大？可見：一般物體之間的萬有引力太小了，因此通常不考慮．“你能認(rèn)出真理，因?yàn)樗让烙趾唵?。”——費(fèi)曼“如果我曾經(jīng)看得遠(yuǎn)一些，那是由于我站在巨人肩膀上的緣故?！薄ｎD記錄、記憶因?yàn)樵谕茖?dǎo)過程中用到了牛頓第一、第二、第三定律，并且還要具備超凡的數(shù)學(xué)能力。因?yàn)橐μ〔恢繥，所以沒法計(jì)算思考萬有引力常量G的取值問題還沒有解決無法計(jì)算討論展示卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)（動(dòng)畫）實(shí)驗(yàn)原理簡介請學(xué)生談?wù)勍ㄟ^前兩節(jié)課的學(xué)習(xí)有什么感悟。學(xué)生發(fā)言定律總結(jié)強(qiáng)化理解記憶引出引力常量測量問題體會(huì)“放大”原理和引力常量的重要意義八、板書設(shè)計(jì)：第二節(jié)萬有引力定律一、太陽與行星之間的引力F==∝∝二、萬有引力定律1．內(nèi)容：2．表達(dá)式：三、萬有引力常量G=九、教學(xué)流程圖情景設(shè)置：視頻情景設(shè)置：視頻行星繞地球的運(yùn)動(dòng)宇航員出艙衛(wèi)星撞擊出的碎片猜想：引力存在，提供向心力推導(dǎo)：行星與太陽之間的引力規(guī)律實(shí)驗(yàn)及理論證明引力普遍存在萬有引力得出：卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)介紹：檢驗(yàn)萬有引力的普適性并測量引力常量具體數(shù)值賦予萬有引力定律實(shí)用價(jià)值課堂小結(jié)：由學(xué)生談?wù)劷?jīng)歷此發(fā)展過程之后有什么感悟。給出兩句名言激勵(lì)學(xué)生。十、教學(xué)反思：本教學(xué)設(shè)計(jì)充分考慮了新教材的特點(diǎn)，特別突出了過程與方法的指導(dǎo)、滲透。在教學(xué)資源方面，充分挖掘了編者的設(shè)計(jì)意圖，并且結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)進(jìn)行了處理。為能夠吸引學(xué)生，引課時(shí)設(shè)計(jì)了一些學(xué)生非常感興趣的天體運(yùn)動(dòng)問題，將學(xué)生引領(lǐng)到萬有引力定律的討論過程中。而后安排學(xué)生在教師的引導(dǎo)下將萬有引力定律的推導(dǎo)出來更能調(diào)動(dòng)