2. 万有引力定律精品学案

万有引力定律

教学设计思路：

万有引力定律是本章的核心，定律的得出过程又是此定律学习中的重点．为此引课时播放行星绕太阳运转的视频，激发学生的学习欲望．讲授过程中以物理学史为主线，让学生从科学家的角度分析、思考问题．

利用牛顿定律和开普勒定律对万有引力定律进行推导，使学生熟练掌握已有知识并得出新的规律，提高学生分析、解决问题的能力．

学习任务分析：

万有引力定律的内容固然重要，让学生了解发现万有引力定律的过程更重要．在授课时，使学生通过体会几位科学家分析问题和解决问题的方法和技巧，提高科学素养．利用牛顿定律和开普勒定律对万有引力定律进行推导，提高利用已有知识得出新规律、分析解决问题的能力．

学习者分析：

学生已经学习了牛顿运动定律、圆周运动的相关知识和开普勒三定律，已经积累了一定的知识，已经具备了接受万有引力定律的基础知识．学生正处于从定性分析到定量讨论、从形象思维向抽象思维、从简单的逻辑思维向复杂的分析推理的转变．

教学目标：

一、知识与技能

1．了解万有引力定律得出的思路和过程，会推导万有引力定律．

2．知道任何物体间都存在着万有引力，且遵守相同的规律．

3．知道万有引力常量的大小和意义．

二、过程与方法

1．使学生能够应用万有引力定律解决实际问题，建立理想模型处理问题．

2．引导学生科学地、系统地思考万有引力的作用和决定引力大小的因素．

三、情感态度与价值观

1．由人类对天体运动的探索过程，培养学生尊重客观事实、实事求是的科学态度．

2．通过牛顿在前人基础上发现万有引力定律的过程，说明科学研究的长期性、连续性及艰巨性，渗透科学发现的方法论教育．

教学准备：

人物图片、

太阳系行星运动的录像资料．

教学重点难点：

重点：万有引力定律的内容及数学表达式．

难点：万有引力定律发现的思路．

教学过程：

新课教学

1．引入：播放行星绕太阳运行的视频，引导学生想象行星做圆周（椭圆）运动向心力的来源．

结合地面上物体做圆周运动的实例，提问：维持行星运动的力的施力物体各是什么？这个力的大小跟什么因素有关？

教师介绍历史上人类的思考：

自哥白尼建立日心说到开普勒提出行星运动三定律，行星运动的基本规律已被发现，为人类进一步从动力学方面考察行星的运动提供了条件．到

17 世纪已有一些学者提出了关于天体运动的动力学解释．

伽利略：认为一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆周运动；

开普勒：认为行星绕太阳运动，是受到了来自太阳的类似磁力的作用；

笛卡尔：认为行星绕太阳运动是因为受到行星周围旋转的物质（以太）的作用；

胡克、哈雷：认为行星绕太阳运动是因为受到了太阳对它的引力，甚至推测出太阳对行星的引力大小跟行星与太阳之间距离的平方成反比，但是他们都不能证明行星所做的椭圆运动是平方反比律的结果，对引力大小的数量级也一无所知．

2．组织学生讨论交流

（

1 ）为

什么苹果从树上落向地面而不飞向天空？苹果做什么运动？

苹果受到地球的吸引——重力、自由落体运动．

（

2 ）为

什么月亮不会落到地球的表面，而是绕地球运动？

月球绕地球做圆周运动，由力和运动的关系，明确向心力的来源——地球对月球的吸引力．

（

3 ）在地面上很高的地方，重力并没有明显减弱，因此重力能延伸到离地球很远的空间，那

么月球受到重力作用吗？

苹果树上的苹果相对地球静止，因此会落到地面；若月球相对地球静止，月球也将像苹果一样落回地面，月球在地面上空相对地球运动具有速度，没有落回地面，同样在月球处的苹果若具有与月球一样的运动速度，也将像月球一样不会落回地面．——月球和苹果受到的是同一性质的力．

教师说明：上面这些问题也是牛顿从猜测开始思考的问题，

牛顿将上述各运动联系起来研究后提出——这些力是属于同种性质的力，应遵循同一规律，并进一步指出这种力应存在于宇宙中任何具有质量的物体之间．

3．拓展

（

1 ）

行星绕太阳做圆周运动的向心力是

什么呢？这个力与前面提到的苹果和月亮受的力是同一性质的力吗？

（

2 ）设想一下，苹果也可以变成“月球”吗？

动画演示：山顶上水平抛苹果．

4．万有引力定律

行星绕太阳做圆周运动，向心力是太阳对行星的吸引力，这个力的大小跟什

么

因素有关？

引导学生建立行星绕太阳做匀速圆周运动的模型，配合生动的动画演示，使学生运用所

学知识独立完成推导工作．

设太阳的质量为

M

，行星的质量为

m

，轨道半径为

r, 速率为

v, 周期为

T

，

万有引力定律：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积成正比，与两物体之间的距离的平方成反比．

式中：

G 为万有引力常量．教师介绍此常量得出的历程，牛顿时代由于技术问题，没有精确的测量仪器，所以始终没有测量出此数值的大小，在此定律发表

100 多年后，由英国的卡文迪许利用扭秤测量出该数的值为．万有引力常量的测出使万有引力定律有了真正的实用价值，使得万有引力定律在天文学的发展上起了重要的作用．由此可见，实验对物理学及其相关学科的发展上起着多么重大的作用．

例题

学生存在这样的疑问：既然宇宙间的一切物体都是相互吸引的，

那么在日常生活中，人们之间或人与物体之间，为什么对这种作用没有任何感觉呢？

请学生带着这个疑问解题．

例题1：两物体质量都是

1kg ，相距

1m ，则两物体间的万有引力是多少？

说明：

通过学生计算，可以看出这个力太小，在许多问题中可忽略．

例题2：设地球表面重力加速度为g0，物体在距离地心

4R(R

是地球的半径）处，由于

地球的作用而产生的加速度为g，则A. 1 B 1/9 C. 1/4 D. 1/16

为（

）

提示

：两处的加速度各由何力的作用而产生？满足何种规律？

解析

：地球表面处的重力加速度和在距地心

4R

处的加速度均由地球对物体的万有引力产生，所以有：

答案：

D

课堂练习

地球质量约为月球质量的

81 倍，一飞行器在地球与月球之间，当它受到地球和月球引力的合力为零时，飞行器与地心距离与月心距离之比为．

小结

通过这节课的学习，我们了解并知道：

1．得出万有引力定律的思路及方法．

2．任何两个物体间存在着相互作用的引力的一般规律，

即

其中

G

是万有引力常量，

r

为它们间的距离．

作业

（分组完成）

1．观看中央第

10 套《斗转星移》《太阳系报告》节目．

2．组织学生写相关小论文，通过观看节目，了解万有引力定律的发现过程，了解科学家们对知识的探究精神，下面就是相关的题目．

（

1 ）万有引力定律发现的历史过程．

（

2 ）第谷在发现万有引力定律上的贡献．

教学流程图：

学习效果评价：

本节课较好地完成了预定的教学目标，使学生知道了得出万有引力定律的推导过程，了解了万有引力定律的适用范围，并能应用万有引力定律解决简单的问题，在定律推导的过程中激发学生的学习兴趣．

本节也反映出学生的数学推理能力较差、建立物理模型解决实际问题的意识较弱方面的问题．

教学反思：

本节课在引入部分，播放视频“太阳系的行星运动”，激发了学生的学习兴趣，在此基础上介绍了几位科学家对相关问题的思考，引导学生利用科学的思维方式研究问题．然后在学生充分讨论交流的基础上，由教师引导学生利用已有的知识推导出万有引力定律，并介绍了此定律的适用范围．

在万有引力定律的推导和对例题的解决过程中，教师还应加强引导学生重视模型的构建，从基本概念、基本规律出发应用所学知识分析、解决实际问题．