高中物理 万有引力定律万有引力恒量的测定教案 教科版必修1

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1、万有引力定律万有引力恒量的测定一、教学目标1.在开普勒第三定律的基础上,推导得到万有引力定律,使学生对此规律有初步理解。2.介绍万有引力恒量的测定方法,增加学生对万有引力定律的感性认识。3.通过牛顿发现万有引力定律的思考过程和卡文迪许扭秤的设计方法,渗透科学发现与科学实验的方法论教育。二、重点、难点分析1.万有引力定律的推导过程,既是本节课的重点,又是学生理解的难点,所以要根据学生反映,调节讲解速度及方法。2.由于一般物体间的万有引力极小,学生对此缺乏感性认识,又无法进行演示实验,故应加强举例。三、教具卡文迪许扭秤

2、模型。四、教学过程(一)引入新课1.引课:前面我们已经学习了有关圆周运动的知识,我们知道做圆周运动的物体都需要一个向心力,而向心力是一种效果力,是由物体所受实际力的合力或分力来提供的。另外我们还知道,月球是绕地球做圆周运动的,那么我们想过没有,月球做圆周运动的向心力是由谁来提供的呢?(学生一般会回答:地球对月球有引力。)我们再来看一个实验:我把一个粉笔头由静止释放,粉笔头会下落到地面。实验:粉笔头自由下落。同学们想过没有,粉笔头为什么是向下运动,而不是向其他方向运动呢?同学可能会说,重力的方向是竖直向下的,那么重力

3、又是怎么产生的呢?地球对粉笔头的引力与地球对月球的引力是不是一种力呢?(学生一般会回答:是。)这个问题也是300多年前牛顿苦思冥想的问题,牛顿的结论也是:yes。既然地球对粉笔头的引力与地球对月球有引力是一种力,那么这种力是由什么因素决定的,是只有地球对物体有这种力呢,还是所有物体间都存在这种力呢?这就是我们今天要研究的万有引力定律。板书:万有引力定律(二)教学过程1.万有引力定律的推导首先让我们回到牛顿的年代,从他的角度进行一下思考吧。当时“日心说”已在科学界基本否认了“地心说”,如果认为只有地球对物体存在引力,

4、即地球是一个特殊物体,则势必会退回“地球是宇宙中心”的说法,而认为物体间普遍存在着引力,可这种引力在生活中又难以观察到,原因是什么呢?(学生可能会答出:一般物体间,这种引力很小。如不能答出,教师可诱导。)所以要研究这种引力,只能从这种引力表现比较明显的物体——天体的问题入手。当时有一个天文学家开普勒通过观测数据得到了一个规律:所有行星轨道半径的3次方与运动周期的2次方之比是一个定值,即开普勒第其中m为行星质量,R为行星轨道半径,即太阳与行星的距离。也就是说,太阳对行星的引力正比于行星的质量而反比于太阳与行星的距离的

5、平方。而此时牛顿已经得到他的第三定律,即作用力等于反作用力,用在这里,就是行星对太阳也有引力。同时,太阳也不是一个特殊物体,它用语言表述,就是:太阳与行星之间的引力,与它们质量的乘积成正比,与它们距离的平方成反比。这就是牛顿的万有引力定律。如果改其中G为一个常数,叫做万有引力恒量。(视学生情况,可强调与物体重力只是用同一字母表示,并非同一个含义。)应该说明的是,牛顿得出这个规律,是在与胡克等人的探讨中得到的。2.万有引力定律的理解下面我们对万有引力定律做进一步的说明:(1)万有引力存在于任何两个物体之间。虽然我们推

6、导万有引力定律是从太阳对行星的引力导出的,但刚才我们已经分析过,太阳与行星都不是特殊的物体,所以万有引力存在于任何两个物体之间。也正因为此,这个引力称做万有引力。只不过一般物体的质量与星球相比过于小了,它们之间的万有引力也非常小,完全可以忽略不计。所以万有引力定律的表述是:板书:任何两个物体都是相互吸引的,引力的大小跟两个物体的质其中m1、m2分别表示两个物体的质量,r为它们间的距离。(2)万有引力定律中的距离r,其含义是两个质点间的距离。两个物体相距很远,则物体一般可以视为质点。但如果是规则形状的均匀物体相距较近

7、,则应把r理解为它们的几何中心的距离。例如物体是两个球体,r就是两个球心间的距离。(3)万有引力是因为物体有质量而产生的引力。从万有引力定律可以看出,物体间的万有引力由相互作用的两个物体的质量决定,所以质量是万有引力的产生原因。从这一产生原因可以看出:万有引力不同于我们初中所学习过的电荷间的引力及磁极间的引力,也不同于我们以后要学习的分子间的引力。3.万有引力恒量的测定牛顿发现了万有引力定律,但万有引力恒量G这个常数是多少,连他本人也不知道。按说只要测出两个物体的质量,测出两个物体间的距离,再测出物体间的引力,代入

8、万有引力定律,就可以测出这个恒量。但因为一般物体的质量太小了,它们间的引力无法测出,而天体的质量太大了,又无法测出质量。所以,万有引力定律发现了100多年,万有引力恒量仍没有一个准确的结果,这个公式就仍然不能是一个完善的等式。直到100多年后,英国人卡文迪许利用扭秤,才巧妙地测出了这个恒量。这是一个卡文迪许扭秤的模型。(教师出示模型,并拆装讲解)这个扭秤的主

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