2. 万有引力定律教案设计（一等奖）

3.2 万有引力定律

四川省苍溪中学校 伏欢 【教材分析】

三百多年前，万有引力定律的发现堪称人类文明与理性探索进程中最壮丽的诗篇，其所体现出的科学智慧的震撼力，

至今仍为世人所叹服，它第一次把看似毫不相关的地上与天上运动统一起来，第一次揭示大自然的对称和谐与物理规律表达简洁而含蓄的内在美，并作为牛顿的“从运动现象研究自然力”的又一个科学思辨范例，而不断为历代科学家所效仿。从物理学史进程中，可以看出《万有引力定律》这节内容是对上节课教学内容的进一步推演，并与之构成本章的第一单元内容。同时，本节内容也是下节课教学内容的基础，是本章的教学重点，在高中物理中占有重要地位。因此万有引力定律的教学绝不能仅限于具体知识的讲解、记忆与实际的应用，更应强调人类对天体运动的认识以及建立万有引力定律的探究过程，把教学重点放在“引导学生体会万有引力定律发现过程中的思路和方法”上。我们要把握整个发现过程中的探索脉络，并将从中领悟到思想精髓。

【学生分析】

从知识结构来看，在学习万有引力定律前，学生已经对力、重力、向心力、太阳对行星的引力、加速度、重力加速度、向心加速度等概念有了较好的理解，并且掌握自由落体运动和圆周运动等运动规律，能熟练运用牛顿运动定律解决动力学问题。已经完全具备深入探究和学习万有引力定律的起点能力。

从知识建构的进程来看，在上一节中学生经历了太阳与行星间引力的探究过程，从中向学生渗透了发现问题、提出问题、猜想假设、推理论证等方法思想，依照学生的认知心理特点，月球绕地球转动和苹果落地，很容易在他们脑中形成这样一个问题:地球对月球的引力和地球对苹果的引力会不会就是同一种力呢?从而为进一步探究万有引力定律的发现过程，确定了切入点。

然而高一学生其思维方式容易停滞在知识接受层面，而忽视概念间、规律间的相互联系，且很多学生不能建立明确的动态的物理图像或物理情景，进而无法通过同化和顺应，完成知识的建构过程。因此，在教学过程中要注重从学生实际入手，依据学生认知规律，注重创设物理情景，创造和谐的课堂氛围，进行互动讨论探究式教学。

【教学目标】

1.物理观念

知道月地检验,万有引力定律的内容、表达式和适用条件，会解决简单的引力计算问题。

2科学思维

学习物理规律提出猜想—理论推导—实验检验的科学研究方法。

3科学探究

经历万有引力定律的发现过程，激发学生科学探究的兴趣。

4.

科学态度与情感

通过引力常量的测量简介，说明科学研究的长期性，提高学生的科学价值观。

【教学重难点】

万有引力定律发现过程中的思路和方法。

【教学设计过程】

一、历史回顾

师：在浩瀚宇宙中，天体在不停的运动，开普勒三定律告诉我们，行星是怎样围绕太阳运动的呢？(生回答) 师：对，所有行星围绕太阳运行都得遵循开普勒三定律，为此开普勒被誉为天空立法者。行星围绕太阳，月球围绕地球运行，需要力来维持吗？是什么样的力量来维持这样的运动呢？

(生:它们在不断改变速度方向，需要力来实现，引力) 师：我们先来看看历史上人类对这个问题的思考。（一起回顾PPT展示）

师：牛顿发现了万有引力定律，他是怎样发现的，我们追寻牛顿的足迹，去看一看.掉在牛顿头上的苹果，激发了牛顿的思考。树上熟透的苹果为什么会向下落向地面，而不是向天空？(生：受吸引力) 师：在我们周围物体都受到吸引力，那么月球受到引力作用吗？

(师引导:牛顿认为在地面很高的地方，引力并没明显的减弱，那么引力作用的高度逐渐延伸到月球轨道上，月球依然受到引力作用，可能就是这个原因使月亮保持着绕地球的轨道运动。

师：为什么苹果受到引力而落地了？月球受到引力却环绕地球呢？（生:是因为初速不一样，苹果初速为O故做自由落体运动向下，而月球有速度方向与引力垂直。就这个引力的原因是月球偏离了直线运动，不断把月球拉到了圆周轨道。）

师：牛顿猜想，苹果与月球受到的相同性质的力，都是地球的引力。行星绕太阳运动，同样受到太阳的引力。也许它们都是同一种力量，遵从相同的规律。

师：那么行星绕太阳运动，需要多大的引力呢？我们来推导一下（师引导：其实我们知道，实际上行星绕太阳运动作椭圆运动，由于我们知识局限，把问题简化一下，我们把行星的运动，可当作匀速圆周运动，圆周运动也是椭圆运动的一种特殊形式嘛。）

师：我们设行星的质量为m，速率为v，行星与太阳中心之间的距离为r。行星做圆周运动的向心力由引力来提供。那么需要多大的引力呢？

师：m是哪个星体的质量？速率不好求啊，怎么办？（周期较容易测量。为此我们周期表达。）

师：我们发现不同行星绕太阳运动的时候r越大，f越大，不合逻辑呀?让人困惑？（学生可能是周期变了，T与r有关。提示相关知识开三，形式不对，学生凑方变形，由开三得解）

师：我发现行星是受到引力，与它们距离的平方成反比，与行星质量有关，又有问题了。行星受到的引力只与行星质量有关吗？如果太阳质量小到一粒芝麻，有这么大力，也能吸引周围的行星围绕它转吗？

（唯一可能K里面与太阳质量有关。猜想有依据吗？师提示由牛三我们知道,行星对太阳的1引力和太阳对行星的引力是相互作用力的，具有对称性。表达出F）

师：太阳受到的引力只与太阳质量有关吗？猜想与行星质量。猜想是基于什么？由对称性认为k'应有与小m有关。牛三定律，这两个力相等的，那么这个引力与太阳、行星质量都有关系，即应该k中所含M，K’所含m才才可能相等，猜想得到证实。将k中所含M，K’所含m提出来，余下部分相同变成一个新常数G，得到公式。

师：从行星绕太阳运动推出的这个理论是普通规律嘛?经得起检验呢? 牛顿做的月地检验。(一起看PPT) 师：牛顿通过月地检验，证明地球对月球的引力遵循同样的规律，牛顿在研究了其他不同物体间的引力作用后，作了推广，认为它们都遵循上述规律，于是他认识到这种规律普遍存在宇宙间，并且是由于物体质量而产生的一种作用力，得出万有引力定律。

二、万有引力定律

万有引力的内容、公式、条件、普遍性及相互性。

师：牛顿在万有引力定律发现中扮演了什么角色？

万有引力定律的发现是几代科学家长期探索，研究的结果，牛顿是一个集大成者，他最终给出了在科学上具有划时代意义的万有引力定律，正如牛顿自己说，如果我曾经看得远一些，那是因为我站在巨人肩膀上的缘故。万有引力定律建立是第一次揭示物质世界的一种基本相互作用规律，把地面上的运动与天体的运动统一起来，是人类认识自然的历史上是一座里程碑。不像以前人们认为天体运动隐藏着不可认知的规律，牛顿的出色工作使人们建立了一个信念，人们有能力理解天体间的各种事物。

三、引力常量

因为缺少精密测量仪器，牛顿并没能测定引力常量。17世纪最伟大的自然科学发现，在当时并没有展现出应有的辉煌。在100多年之后，英国物理学家卡文迪许，首先做了精确的测量。我们认为G等于？。

师：怎样测量G，需测那些物理量?（学生推出原理）

-11如两个质量为1千克，相距一米，则引力为6.67×10牛顿，那么这么微小的引力是怎么是很难探测到的，你会怎么办？卡文迪许是怎么办到的？学生看书去思考，体会卡文迪许扭秤设计的巧妙之处。

师：引力常量的精确测出，为这个伟大发现展现出应有的辉煌扫清了障碍。

四、课堂评价

下面我们看一下例题。

例1 对质量为m1 和m2 的两个物体间的万有引力表述式，下列说法正确的是 A、公式中的G是引力常量，

它是由实验测出的，而不是人为规定的

。 B、当两物体的距离r趋于0时，万有引力趋于无穷大。 C、两物体间的引力总是大小相等的，而与m1，m2

是否相等无关。

D、两物体的引力总是大小相等、方向相反的，是一对平衡力。

例2

既然任何物体间都存在着引力，为什么当两个人接近时他们不会吸在一起?计算回答。

-7（7x10N）

4039例3 在宇宙天体中，大麦哲伦云的质量为2.0x10kg. 小麦哲伦云的质量为2.0x10kg.14168两者相距约6. x10光年.求两者之间的引力。(1光年≈1.0x10m) (10N)

由例2例3我们有什么体会？通常情况下万有引力非常小，只有在质量巨大的天体间或天体与物体间它的存在才有宏观的物理意义。在微观世界中，粒子的质量都非常小，粒子间的万有引力很不显著，万有引力可以忽略不计。

五、总结

总结一下本节所学内容。

测出了引力常量的万有引力定律，对天文学的发展起到了怎样推动作用?下节我们继续分析。