2. 万有引力定律教学设计第二课时

万有引力定律

教学设计思路：

本节课以动画创设问题情景，以让学生经历万有引力定律的“发现之旅”为线索，

通过猜想

——

理论推导

——

检验等过程，学生在物理情景中主动参与知识的构建过程，体会这种大胆设想、巧妙验证并进行科学探索的精神与方法．

本节课把具体目标问题化、问题情境化、情境活动化，促使学生初步经历对自然规律的探究过程，从中体会物理学的思想，充分利用了物理学发展的素材和教材提供的资源，既培养了学生的自学阅读的能力，又很好地落实了三维目标．

教学目标：

一、知识与技能

1．了解牛顿发现万有引力定律的思路与过程；

2．理解万有引力定律的内容、数学表达式及适用的范围；

3．知道卡文迪许测量万有引力常量实验的设计思想；

4．认识发现万有引力定律的意义

二、过程与方法

1．体会科学归纳、推理及验证的方法；

2．体会扭秤实验的设计思想．

三、情感、态度与价值观

1．感受科学家探索科学问题的艰辛和喜悦；

2．培养探究问题的科学态度、探究创造的心理品质，感受科学探究永无止境．

教学准备：

多媒体电教设备，动画、视频、图片及

PPT 演示文稿．

教学重点难点：

重点：万有引力定律的物理意义以及公式的适用条件；

难点：

万有引力定律的发现过程．

教学过程：

教学环节

引入新课

提出问题

教师活动

学生活动

设计说明

以行星绕太阳公转为材料，播放动画与视频：

创设问题情境，

太阳系中的行星绕太阳公转．

1．若把行星绕太阳的运动简化为匀速圆

观看、讨论

周运动，此时需要的向心力由什么力提供？

2．太阳与行星间的引力遵循怎样的规自开普勒提出行星运动三定律后，很多科学家都试图去弄清楚行星运动的力学本质．

思考、回答：

需要的向心力由太阳对行星的引力提供．

律？

创设问题情境，营造气氛，让学生感最具代表性的是胡克和哈雷等的观点

：

1

科学家的太阳引力的缘故，并且力的大小与到太阳距离的平方成反比．

但这些观点，没有可靠的依据．

假如你是那个时代的科学家，你能用现在所学的知识研究

太阳与行星间的引力所

学生讨论并回答：

太阳对行星的引力

F 为行星运动所受的向心力，即

受天体系统运动的和谐统一，激发学生探索自然奥秘的强烈愿望．

其中

m 为行星的质

观点介绍

遵循的规律吗？

学生参与猜想

引导学生阅读教材由向心力公式和开

普勒第三定律推导

出：

一、若把行星绕太阳的运动简化为匀速圆周运动，太阳与行星间的引力规律的推导．

第

47 页，

量，

r 为行星轨道半径，即太阳与行星的距离．

即：

根据牛顿第三定律，

对此问题，英国科学家牛顿做了深入的思考与分析，下面就让我们一起来经历一下这个太阳吸引行星的力与行星让学生吸引太阳的力是同性质的参与论相互作用力．既然太阳对证

行星的引力与行星的质量成正比，那么行星对太阳

也有作用力，也应与太阳的质量

M 成正比，即：

用文字表述为：太阳

2

牛顿的猜想

思考过程．

二、牛顿的猜想

（一）猜想一——关于苹果和月亮受力关系的猜想

与行星之间的引力，与它

们质量的乘积成正比，与它们的距离的平方成反比．

牛顿还研究了月地间的引力、许多不同物体间的作用力都遵循上述引力规律，他把这一规律推广到自然界中任意两个物体

间，即具有划时代意义的苹果与月亮受到的力可能是同一种力．

万有引力定律．

1．树上脱落的苹果为什么会落地而不飞向天空？

2．如果苹果树长得像山一样高，结果如何？

3．如果苹果树长到月亮轨道的高处，结果又如何？

4．那么天上的月亮为什么掉不下来？

5．如果月亮停止转动，月亮也会掉下来吗？

6．如果苹果具有抛射速度，是否会像月亮一样落不下来呢？

牛顿的抛体设想：

将物体抛出，速度越大，抛射越远，当速度大到一定值，物体将绕地飞行，永不触及地球．

（二）猜想二——关于苹果和月亮受力规律的猜想

既然月亮绕地球运行的方式与行星绕太

学生答：

2．依然落地．

3．依然落地．

1．苹果受重力作用．

4．月球绕地球旋转，阳的运行方式相似，那么地球对月亮的引力所受地球引力提供向心

体会牛顿的思维过程

讨论与思和太阳对行星的引力就有可能是同一种力，力．

考

如果这种猜想成立，再结合上一猜想，那么5．是的

苹果受到的力与月亮受到的力应遵从“平方反比”的关系．

如何来检验进一步的猜想呢？

下面列出的是当时可以测量的物理量，根据这些量，请你分析怎样可以检验地球对月亮的引力与距离的平方成反比的关系？

课堂讨论

6．是的

3

学生分析

引导学生阅读教材第

49 页“物理在线”

牛顿的月地检验的内容

（三）猜想三——大胆合理外推

既然苹果与地球、月亮与地球以及行星

与太阳之间的力都是同一种的力，那么你有何想法？

牛顿利用他发明的微积分解决了式中

r 的含义，

r 是指两星体球心间的距离．他运用相当复杂的几何方法根课堂思考

据开普勒第二定律，证明了这个规律在行星进行椭圆轨道运行时仍然成立．

介绍牛顿的工作

牛顿的功绩

（二）表达式：

牛顿在

17 世纪

60 年代到

17 世纪

80 年代的

20 年中，把引力思想不断扩展最终扩展到宇宙万物中：任意两个物体之间都存在吸引力．

牛顿的理论著作：1687 年发表《自然哲结论：苹果受到的引力与学的数学原理》，对猜想进行严格地理论证月亮受到的引力应该遵从明．

三、万有引力定律

（一）内容

任何两个物体之间都存在相互作用的引力，这个力的大小与这两个物体的质量的乘“平方反比” 的关系．

学生回答：地球对卫

学生回答：

结论：苹果受到的力

与月亮受到的力应该是同一种力．

月球轨道处的加速度

星也遵守平方反比关系．

了解地积成正比，与两物体之间的距离的二次方成月检验

反比．

式中：

G 为万有引力常量，

r 为两物

体中心的距离．相距很远的物体可以看成质

4

万有引力定律

万万有引测量

引导学生阅读教材第

49 页“课外阅许扭秤实

点，对球形物体而言，

r 为球心距离．

（三）适用条件：两质点之间

四、万有引力的验证

万有引力常量的测量

虽然万有引力的准确性被验证了，但人们还是被一些问题困扰着：物体间的引力能否测出？万有引力常量

G 数值为多大？

1798 年卡文迪许通过精巧设计的实验测出万有引力常量．

1．实验原理简介：

学生记笔记．

实验原理简介

体会万模拟卡文迪许扭秤实验的实验过程．

该实验设计有什么巧妙之处？

2．利用光的反射巧妙地将微小形变进行了放大

杆上，并用金属细丝悬挂起来，当两个大球分别靠

近小球时，杆转动，金属细丝扭转，与杆的转动相

抗衡，平衡时杆不再转动．金属细丝转过的角度与大小球之间的引力对应，通过转角可以求出引力．

②

在金属丝上装上一块平面镜，随金属细丝

有引力定律发现的意①将两个小球固定在义

这个实验从设计到测量对科学家都是极一起旋转，光线射到平面力常量的大的挑战，卡文迪许研究了整整

50 年才成镜后反射，在较远的光屏

功．

3．实验数据

当时测量的G值为

，现在公认的

G 值为

G 值的物理含义：两个质量为

1kg 的物体相距

1m 时，它们之间万有引力为

生活实例：

5 观察光斑的移动，就可以测出金属细丝转过的角度．

学生答：

利用光的反射巧妙地将微小形变进行了放大．

理解实验方法的巧妙

读”卡文迪6.67×10-11 N．

验

播放动画

课堂思两个质量为

50kg 的同学相距

0.5m 时的相互吸引力有多大？

太阳与地球之间的引力大约是

1022 N

因此通常不考虑．

4．扭秤实验的意义

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，卡文迪许是第一个在实验室里称出地球质量的人．

万有引力定律发现的意义是什么？

思考：

1．万有引力与重力的关系是什么？

2．万有引力定律在天文学上有哪些应用？

学生回答：

学生回答：

体会一般物体之间的万有引力

依据：

可见：一般物体之间的万有引力太小了，考

生活实例思考问题

布置作业

导学案《当堂检测》

板书设计

第二节

万有引力定律

一、若将行星绕太阳的运动简化为匀速圆周运动，太阳与行星间的引力规律的推导：

二、牛顿的猜想

三、万有引力定律

（一）内容：

（二）表达式：

式中：

G

为万有引力常量，

r

为两物体中心的距离．相距很远的物体可以看成质点，对球形物体而言，

r

为球心距离．

（三）适用条件：

严格地，适用于质点间的相互作用；近似地，用于两个物体间的距离远远大于物体而言，本身的大小时；特殊地，用于两个均匀球体，

r 是两球心的距离．

四、万有引力定律的验证

万有引力常量的测量：

测量

G 值为现在公认的

G 值为

，

G 值的物理含义：两个质量为

1kg 的物体相距

1m 时，它们之间的引力为6.672×10-11 N

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教学流程图：

学习效果评价：

本节课内容充实，创设情景，引导学生积极参与，使学生经历万有引力定律的科学探究与发现的过程，充分调动了学生的学习兴趣，特别注意培养学生的自学与表达能力，本课的设计可使学生很好地掌握知识，深入地体会科学方法，培养学生良好的思维习惯，使学生更喜爱学习物理．

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