高二物理 引力常量的测定

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1、引力常量的测定　　●本节教材分析　　这节课的内容是要让学生知道引力常量G的值的测出使万有引力定律更具有实际意义．可是一般物体间的引力很小，怎样才能够测出呢？要让学生去体会卡文迪许扭秤的“巧妙”所在．这节课的重点是卡文迪许扭秤测量引力常量的原理，难点是扭转力矩平衡问题的理解．在教学中解决重点、难点的同时要渗透对学生的思想教育及“测定微小量的思想方法”．　　●教学目标　　一、知识目标　　1．了解卡文迪许实验装置及其原理．　　2．知道引力常量的物理意义及其数值．　　二、能力目标　　通过卡文迪许如何测定微小量的思想方法，培养学生开动脑筋，灵活运用所学知识解决实际问题的能力．　　三

2、、德育目标　　通过对卡文迪许实验的设计思想的学习，启发学生多动脑筋，培养其发散性思维、创造性思维．　　●教学重点　　卡文迪许扭秤测引力常量的原理．　　●教学难点　　扭转力矩与引力矩平衡问题的理解．　　●教学方法　　1．对卡文迪许实验的装置和原理采用直接讲授、介绍的方法．　　2．对金属丝的扭转角度采用与微小形变实验的对照．　　●教学用具　　投影仪、投影片、卡文迪许扭秤模型．　　●课时安排　　1课时 　　●教学过程　　本节课的学习目标　　1．了解卡文迪许实验装置及其原理．　　2．知道引力常量的物理意义及其数值．　　学习目标完成过程 　　一、导入新课　　上节我们学习了万有引力

3、定律的有关知识，现在请同学们回忆一下．万有引力定律的内容及公式是什么？公式中的G又是什么？　　回答上述问题：　　内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比．　　公式：F＝G．　　公式中的G是万有引力常量，它在大小上等于质量为1kg的两个物体相距1m时所产生的引力大小，经测定其值为6.67×10-11N·m2/kg2．　　牛顿在前人的基础上，应用他超凡的数学才能，发现了万有引力定律，却没能给出准确的引力常量，使万有引力定律只有其理论意义，而无更多的实际意义，今天我们就来共同学习英国物理学家卡文迪许是如何用实验

4、来测定引力常量的． 　　二、新课教学　　A．基础知识　　请同学们阅读课文，同时考虑下列几个问题．　　1．引力常量为什么难以测量？　　2．谁设计实验对万有引力常量进行了测定，他使用的装置是什么？　　3．该装置主要由几部分组成？　　4．该实验的实验原理是什么？　　阅读课文，从课文中找出相关的答案．　　1．万有引力常量难以测量的原因是其值非常小，很难用实验方法将它显示出来．所以对它的测定必须设计特殊的装置才行．　　2．英国的物理学家卡文迪许在1789年，巧妙地设计了扭秤装置，把万有引力常量应用实验的方法测量出来．　　3．扭秤的主要部件有四部分：一个倒置的金属架；一根金属丝；一个

5、固定在T型架上的平面镜；T型架两端各装一质量为m的小球．其结构如图所示：　　4．该实验的实验原理是应用力矩平衡的知识来设计的．　　B．深入探究　　请同学们结合课本知识，分析、讨论下列问题．　　1．由于一般物体间的引力非常小，导致引力常量难以测量，那么，怎么样就能把引力常量测量出来了呢？　　2．扭秤装置中的小平面镜起什么作用呢？　　3．在扭秤装置中，除了平面镜外是否还有其他地方对相互作用的效果进行了放大呢？　　4．本实验的实验原理是力矩平衡，那么，具体说是哪些力矩相平衡呢？　　学生分组讨论，结合课文给出的提示，得出相似结论．　　1．引力常量难以测量的原因是一般物体间的相互作

6、用力很小，产生的作用效果不明显，如果我们能把引力产生的微小效果进行放大的话，就可以用实验来测量引力常量了．　　2．装置中的小平面镜就起到了放大的作用．当m′与m相互吸引时，引力会使金属丝发生微小的扭转形变，也正是由于形变量非常微小，所以我们很难用眼睛观察到．当固定上一个小镜后，小镜会随金属丝的扭转而转过很小的角度，它的转动会引起刻度尺反射光点的明显移动，从光点位置移动的大小便可反映出金属丝的扭转程度，进而反映出两小球间相互作用力的大小．　　3．在该装置中，除了平面镜起到的放大作用外，“T”型架也起到了放大的作用．我们从力矩平衡的知识知道，力矩的大小与两个因素有关，一个是力

7、的大小，另一个是力臂的大小．在这一实验中，我们不能增大相互作用的引力，所以考虑去增大力臂，而“T”型架正好起到了增大力臂的作用．当力矩增大后，也就将力的作用效果进行了放大．　　4．“T”型架受到力矩的作用产生转动，使金属丝发生扭转，产生相反的扭转力矩，阻碍“T”型架转动，当这两个力矩平衡时，“T”型架停止转动．设金属丝的扭转力矩为M1，引力矩为M2，即有：M1＝M2．　　C．教师总结　　通过前面的学习，我们了解了扭秤装置的组成、结构、二次放大原理以及实验原理．当应用扭秤装置进行实验时，金属丝的扭转力矩M1可以根据它与扭转角“q