高中物理人教版 (2019)必修 第二册2 万有引力定律教学设计

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册2 万有引力定律教学设计，共8页。教案主要包含了讲授新课，月—地检验，万有引力定律，引力常量的测定，重力与万有引力的关系等内容，欢迎下载使用。

（一）知识与技能
1．知道太阳与行星间的引力公式推导方法．
2．理解万有引力定律的含义．
3．掌握万有引力表达式的适用条件及应用．
4．知道万有引力常量是重要的物理常量之一．
（二）过程与方法
1. 通过建立太阳和行星运动的简化模型，培养抓住“主要矛盾”，建立物理模型的意识。
2. 在万有引力定律建立过程的学习中，学习发现问题、提出问题、猜想假设与推理论证等方法。
（三）情感态度与价值观
1. 通过对研究太阳与行星的相互吸引力过程中参照系的转换，认识在规律面前各星体之间没有特殊性，培养学生要尊重规律的价值观。
2. 感悟自然界的统一、和谐美；感悟科学家追求和宣传科学真理所表现出的坚定信念和献身精神。
3．感受太阳与行星间的引力关系，从而体会大自然的奥秘，提高学生科学价值观。
教学重难点：
重点：
1．万有引力定律的推导。
2．万有引力定律的内容及表达公式。
难点：
1．万有引力定律的理解与应用。
教学过程：
一、导入新课：
各行星都围绕着太阳运行，说明太阳与行星之间的引力是使行星如此运动的主要原因。引力的大小和方向能确定吗？
二、讲授新课：
开普勒定律发现之后，人们开始更深入地思考：是什么原因使行星绕太阳运动？历史上科学家们的探索之路充满艰辛。
但是由于关于运动和力的清晰概念是由牛顿建立的，当时没有这些概念，因此他们无法深入研究。
牛顿在前人对惯性研究的基础上，开始思考“物体怎样才会不沿直线运动”这一问题。他的回答是 ：以任何方式改变速度（包括改变速度的方向）都需要力。这就是说，使行星沿圆或椭圆运动，需要指向圆心或椭圆焦点的力，这个力应该就是太阳对它的引力。于是，牛顿利用他的运动定律把行星的向心加速度与与太阳对它的引力联系起来了。
1、行星与太阳之间的引力
行星绕太阳的运动可以看作匀速圆周运动。行星做匀速圆周运动时，受到一个指向圆心（太阳）的引力，正是这个引力提供了向心力，由此可推知太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线。
太阳对不同行星的引力，与行星的质量成正比，与行星和太阳间的距离的二次方成反比。
其中除m、r外，其余都是常数，对任何行星来说都是相同的，因此可以说太阳对行星的引力F与行星的质量成正比，与r2成反比，即
由牛顿第三定律相互作用力可得行星对太阳的引力也与太阳的质量M 成正比，由此可得
写成等式就是
G 比例系数，与太阳、行星的质量无关
牛顿的思考：
地球对月球的力，
地球对地面上物体的力，
太阳对行星的力，
是不是同一种力呢？
牛顿的猜想：
这些力是同一种性质的力，并且都遵从与距离的平方成反比的规律。
当然这仅仅是猜想，还需要事实来检验！
2、月—地检验
地表重力加速度：g = 9.8 m/s2
地球半径：R = 6400×103m
月亮周期：T = 27.3天≈2.36×106 s
月亮轨道半径：r ≈ 60R=3 .84×108m
求：月球绕地球的向心加速度 ？
即证明
结论：地面物体所受地球的引力，月球所受地球的引力，与太阳与行星间的引力，真的遵从相同的规律！说明是同一种性质的力。
3、万有引力定律
1）内容：
自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与他们之间距离r的二次方成反比。
2）表达式：
注：G是比例系数，叫做引力常量，适用于任何两个物体；
G在数值上等于两个质量都是1kg的物体相距1m时的相互作用力．
3）适用条件
(1)万有引力定律的公式适用于计算质点间的相互作用，当两个物体间的距离比物体本身大得多时，可用此公式近似计算两物体间的万有引力。
(2)质量分布均匀的球体间的相互作用，可用此公式计算，式中r是两个球体球心间的距离。
(3)一个均匀球体与球外一个质点的万有引力也可用此公式计算，式中的r是球体球心到质点的距离。
4）万有引力的四个特征：
5）发现万有引力定律的重大意义：
揭示了地面上物体运动的规律和天体上物体的运动 遵从同一规律，让人们认识到天体上物体的运动规律也是可以认识的,解放了人们的思想,给人们探索自然的奥秘建立了极大信心, 对后来的物理学、天文学的发展具有深远的影响。
特别提醒：
(1)求地球对其周围物体万有引力的大小，r是物体到地心的距离，而不是到地面的高度
(2)对于两个不能看成质点的物体间的万有引力，不能直接用万有引力公式求解，但万有引力定律仍然适用．
(3)任何有质量的物体间都存在万有引力，一般情况下，分析问题时，只考虑天体间或天体对放入其上的物体的万有引力，质量较小的物体间引力忽略不计.
4、引力常量
牛顿得出了万有引力与物体质量及它们之间距离的关系，但无法算出两个物体之间万有引力的大小，因为他不知道引力常量G的值。
一百多年以后，英国物理学家卡文迪什在实验室里通过 测量几个铅球之间的万有引力，比较准确地得出了 G 的数值。目前推荐的标准值 G ＝ 6.672 59×10-11 N·m2 /kg2 ，通常取G＝6.67× 10-11N·m2 /kg2。
巧妙之处：两次放大及等效的思想
1.扭秤装置把微小力通过杠杆旋转明显反映出来（一次放大）；
2.扭转角度（微小形变）通过光标的移动来反映（二次放大），从而确定物体间的万有引力。
实验意义：
①证明了万有引力的存在，使万有引力定律进入了真正实用的时代；
②开创了微小量测量的先河，使科学放大思想得到推广。
5、重力与万有引力的关系
1）重力为地球引力的分力
2）重力与纬度的关系
3）重力与高度的关系
练习：见ppt
【板书设计】
7.2 万有引力定律
一、科学家们的探索之路
二、行星与太阳间的引力
太阳和行星之间的引力与行星和太阳的质量成正比与距离的二次方成反比。
三、月—地检验
太阳与行星间、地球与月球间、地球与地面物体间的力是同一种性质的力。
四、万有引力定律
普遍性、相互性、宏观性、特殊性
五、引力常量的测定
卡文迪什通过实验测出：G=6．67×10－11 N•m2/kg2
意义：证明了万有引力的存在；使万有引力定律有了真正的实用价值。
六、重力与万有引力的关系
1、重力为地球引力的分力
2、重力与纬度的关系
3、重力与高度的关系
【教学反思】