2. 万有引力定律教案评析

《万有引力定律》教学设计

河北峰峰第一中学

苗海云

【教材依据】

教科版高中物理必修二第三章第二节

【教材分析】

万有引力定律是本章的核心，从内容性质与地位上看，本节内容是对上一节“天体运动”的进一步外推，即：从天体运动推广到地面上任何物体的运动；又是下一节“万有引力定律的应用”学习的基础。本节的教学重点是：理解万有引力定律的推导思路和过程，掌握万有引力定律的内容及表达公式，知道万有引力定律得出的意义，知道任何物体间都存在着万有引力，且遵循相同的规律。本节的难点是：对物体间距离的理解。另外本节内容还注重对学生进行“科学方法”教育和“情感态度与价值观”教育：使学生认识到在科学研究过程中根据事实和分析推理进行猜想、假设和检验的重要性，培养学生的推理能力和归纳能力；本节结合“月—地检验”，经历思维程序“提出问题→猜想与假设→理论分析→实验观测→验证结论”培养学生探究思维能力；通过观看卡文迪许扭秤实验视频以及简介科学家的故事,学生们学***”和“等效”的研究方法以及科学家们一丝不苟、坚持不懈、勇往直前、献身科学的精神；通过典型习题培养学生良好的思维习惯和解题习惯。

【学情分析】

在第一节内容中，学生用所学的“圆周运动”、“开普勒行星运动定律”和“牛顿运动定律”知识，经历了一系列科学探究过程，得出了太阳与行星间的引力特点，学生对天体运动的研究产生了极大的兴趣和求知欲。本节课教师再引导学生从太阳与行星间引力的规律出发，根据观测事实，利用类比法将“平方反比关系”的作用力进行猜想、假设、检验和推广，从太阳对行星的引力到地球对月球及地面物体的引力，再到任意物体间的吸引力都满足“平方反比的关系”。学生会带着好奇心和探究意识不断提出问题、解决问题，最终得出万有引力定律。学生在理解掌握万有引力定律的同时，培养了探究思维能力和坚韧不拔的品质，为学生终身发展打下基础。

【教学目标】

一、知识与技能

1.了解万有引力定律的得出过程，知道重物下落和天体运动规律的统一性。

2.理解万有引力定律的内容、含义、适用条件及意义，会利用万有引力定律解决简单问题。

3.理解引力常量G的意义及测定方法。

二、过程与方法

1.认识科学研究过程中根据事实和推理进行猜想、假设和检验的重要性，培养学生的推理能力和归纳能力。

2.结合“月—地检验”，经历思维程序“提出问题→猜想与假设→理论分析→实验观测→验证结论”，培养学生探究思维能力。

3.观看扭秤实验视频学***与等效的科学研究方法。

三、情感态度与价值观

1.学习科学家们谦逊的美德，使学生在学习中相互协作、相互借鉴，培养团队精神。

2. 学习科学家们一丝不苟、坚持不懈、勇往直前的科学精神。

3.认识天文观测、分析推理、归纳总结等科学意识的重要性，培养学生尊重事实、透过现象看本质的认识观。

【教学重点】

1.万有引力定律的推导思路和过程。

2.万有引力定律的内容及表达式。

1

【教学难点】

1.对万有引力定律及物体间距离的理解。

2.对万有引力定律普遍性、宏观性、相互性的理解。

【教学媒体】

1.教室电脑多媒体系统。

2. PowerPoint课件、扭秤实验教学视频、图片（行星绕太阳运动，月球绕地球运动，苹果在地球引力作用下落地等）、动图（棒旋星云、中国宇航员出仓、地球大气层）。

【教学方法】

阅读思考、猜想假设、分析推理、事实验证、归纳总结、讨论交流、练习巩固、投影展示等。

【教学流程】

承前启后，导入新课

猜想：地球拉下苹果的力和太

阳拉住众行星的力是同一种力

巧妙类比

引发猜想

再猜想：地球拉住月球的力和地球拉住地面物体的力是同一种力

大胆猜想

严格求证

分析推理、月-地检验

推广：自然界万物之间都有相同的引力，都满足与距离的平方成反比的规律

解放思想

大胆推广

万有引力定律的内容、表达式、注意事项

视频播放：卡文迪许的扭秤实验

万有引力定律正确的事实证据

天地统一

天才借鉴

放大等效

德育

智育

万有引力定律的意义和进一步理解

简介牛顿、卡文迪许、

卡文迪许实验室

谦虚、严谨、

执着、协作、

诺贝尔奖的摇篮

课堂练习

课堂小结，思维导图展示

布置作业

结束语

2

【教学过程】

一、承前启后，导入新课

教师：打开图片（众行星绕太阳做椭圆运动），通过上节课的学习，我们知道了行星绕太阳运动的轨迹为椭圆，运动的原因是受到了太阳的引力，牛顿创建了微积分，证明行星在椭Mm圆轨道运动受到太阳引力的大小也满足“平方反比规律”，在黑板上书写：

FG2，到此，r科学家不仅解决了行星怎样运动的问题，也解决了行星为何这样运动的问题，但是牛顿的思考没有停止，牛顿凭借大胆的猜想和惊人的分析能力发现了自然界最普遍的规律之一：万有引力定律，我们这节课就要沿着牛顿的思维轨迹，重现万有引力定律的发现过程。

学生：读本节课学习目标（PPT展示）。

老师：接下来让我们先来看看牛顿的猜想吧！

二、新课教学

1.从故事情境入手，吸引学生注意力，一问一答，重现牛顿的思维历程。

思考

（1）苹果为什么总是落回地面呢？

（2）行星为什么没有飞离太阳? （3）可是苹果做直线运动，行星做椭圆运动

回答

地球对苹果有重力作用。

太阳对行星有引力作用。

苹果被水平抛出的速度越大就被抛得越远，而地球是球形，如果苹果被水平抛出的速度足够大就会绕着地球转起来。

很可能会。

（4）地球拉下苹果的力和太阳拉住地球的力会是同一种力吗？

（5）把苹果放在建筑物上或最高的山顶受，而且没有明显减小。

上还受重力吗？

（6）看来地球对苹果的力可以作用到很一定会。

远的地方，那会不会作用到月球上呢？

（7）地球拉着月球转的力和地球拉下苹很可能会。

果的力会不会是同一种力呢？

教师：牛顿通过观察、类比、推理得出大胆的猜想：地球拉住月球转的力，与地球拉着苹果下落的力，以及太阳与众行星之间的力很可能是同一种力，都遵循相同规律……

教师：科学研究中只有猜想行吗？

学生：不行，还需要实验或事实来检验。

2.月—地检验，验证猜想。

教师：很好，科学研究既需要大胆猜想，也需要严格求证。牛顿巧妙地利用“月—地检验”来验证这个想法的正确性。请同学们先阅读教材，然后小组讨论，回答月-地检验的思路。

学生：阅读、讨论、小组代表在黑板上板书月-地检验的思路。

教师：整理学生的思路，提醒学生感受假设法的应用。板书公式，代入数据，讲解大数据估算的方法。

3

2MarMm11地面上物体：F1G2

a1G2

2

RRa2Ra1月球：F2Ga1=g=9.8m/s2 a2=r(Mm2M

r=60R aG222rra23600

22

)

T同时安排两个学生用计算器精确计算。（简述古希腊人利用太阳直射地球测出地球周长和利用月食现象测出月地距离的方法。）

3.解放思想，大胆推广。

教师：宇宙中的一切物体之间都存在满足“平方反比关系”的引力，只是身边物体的质量比天体的质量小得多，我们觉察不出罢了

4.发表万有引力定律，实现天地统一。

1687年，牛顿在《自然哲学的数学原理》中正式发表万有引力定律。PPT展示，板书提纲：

（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，与它们之间距离r的二次方成反比。

（2）公式：Fa19.8(27.3243600)23322410

a2606371102Gmmr122

（3）G是比例系数，叫做引力常量，适用于任何两个物体。

（4）注意：公式适用于两个质点之间引力大小的计算，

r为两质点间的距离

；公式适用于两个均匀球体之间引力大小的计算，r为两球球心间的距离

；公式也适用于一个均匀球－体与一个质点之间引力大小的计算，r为球心与质点间的距离

；G=6.67×1011 N·m2/kg2

，表示两质量各为1kg的质点相距1m时之间万有引力的大小，英国物理学家卡文迪许最早在实验室较精确地测出了G的数值。

教师：播放超级链接“卡文迪许扭秤实验教学视频”。

教师：扭秤实验蕴含着什么科学研究方法？

学生：放大法和等效法。

教师：前面学习过程中用过这些方法吗？

学生：微小弹性形变的放大；合力可以把分力等效替代，分运动可以把合运动等效替代。

教师：卡文迪许测出G的值有什么意义呢？

学生：证明了万有引力定律的正确性和万有引力的普遍性；

使万有引力定律有了真正的实用价值，可以测出星球的质量和平均密度；

开创了弱力测量的新时代。

教师：还有很多事实证明了万有引力定律的正确。人造卫星发射升空让人们不用站得高就能看得远（动图：哈勃太空望远镜拍摄的棒状旋转星云NGC 1672，距离地球6000万光年）；中国科学家不仅演绎了嫦娥奔月的神话，而且创造了遨游太空的传奇（动图：中国航天员翟志刚、刘伯明首次出舱行走）；地球用恰当的引力吸住了大气层，捍卫了人类生存的家园（图片：地球大气层）。

4

（5）万有引力定律的意义：把天上物体和地上物体的运动规律统一起来；增强了人类探索宇宙的信心和决心。

5.简介牛顿、卡文迪许及卡文迪许实验室，画龙点睛，培养学生对真理和科学家的崇敬之情，激发学生参与科学探究的热情和努力学习的决心。

6.对万有引力定律的进一步理解：（1）普遍性、宏观性、相互性。（2）思考：重力和万有引力的关系。（学生回答，板书作图：赤道处、两极处、其它纬度处分别说明。）

三、课堂练习

1．发现万有引力定律和测出引力常量的科学家分别是：

A．开普勒、卡文迪许

B．牛顿、伽利略

C．牛顿、卡文迪许

D．开普勒、伽利略

mm2．(多选)对于万有引力定律

G

1

2

2

的理解，下列说法正确的是：

F

rA．公式中的G是引力常量，它是由实验得出的，而不是人为规定的

B．当物体间的距离r趋于零时，万有引力趋于无穷大

C. 不管m1m2的大小关系如何，它们之间引力的大小都是相等的

D．万有引力定律只适用于天体，不适用于地球表面上的物体

3．如图所示，一个质量为M、半径为R的均匀大球，球心为O1

，在大球中挖去一个直径为R的小球，小球球心为O2，与大球相切，一个质量为m的质点处在O1O2连线的延长线上,与O1相距为d,求：大球的剩余部分与该质点间的引力。

R

O1

O2

m

d

参考答案：1．

C；

2．AC；

3．FGMm-G2dMm

R8(d-)22四、课堂小结

1.要求学生以思维导图的形式从知识、研究方法、科学精神等三个方面进行课堂小结，并利用投影呈现在屏幕上；

2.教师用多媒体投影小结内容：

mm知识：FG122

r方法：猜想与验证、放大与等效、填补与对称、重视与忽略；

精神：细心观察、勇于探索、大胆猜想、严格求证、

虚心学习、团结协作、追求真理、献身科学……

五、布置作业

1．作业：课后练习2、3题

2．思考：（1）一物体在地球表面时重16N，它在以5m/s2的加速度上升的火箭中视重为9N，则此时火箭离地球表面的距离为地球半径的多少倍？（g取10m/s2）

（2）如何“称”出地球的质量和平均密度？

六、结束语：对知识和真理的追求是人类的最高和最永恒的追求，希望同学们在追求真理的道路上披荆斩棘、勇往直前！

5

【板书设计】

第二节

万有引力定律

一. 太阳与行星间引力：FG二. 牛顿的猜想：

三.月—地检验：

2MarMm11地面上物体：F1G2

a1G2

2

RRa2Ra1Mm

2r月球：F2Ga1=g=9.8m/s2 a2=r(Mm2M

r=60R aG222rra23600

22

)

T四. 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、与它们之间距离r的二次方成反比。

mm2.表达式：FG122

r3.注意：

（1）r为两质点之间或两均匀球体球心之间的距离。

（2）G是比例系数，叫做引力常量，适用于任何两个物体，G=6.67×10－11 N·m2/kg2 ，由卡文迪许利用扭秤实验测出。

FN 4.意义：

（1）把天上物体和地上物体的运动规律统一起来；

FN

（2）增强了人类探索宇宙的信心和决心。

5.对万有引力定律的进一步理解：

F （1）普遍性、宏观性、相互性

（2）万有引力与重力的区别：

FFn

mg

FN Mm五.练习: FG2-GMm

dR8(d-)22六．课堂小结：

m1m21．知识：F

G2r2．方法：猜想与验证、放大与等效、填补与对称、重视与忽略；

3．精神：细心观察、勇于探索、大胆猜想、严格求证、

虚心学习、团结协作、追求真理、献身科学

……

a19.8(27.3243600)23322410

a26063711026