2. 万有引力定律优秀教案范文

万有引力定律教案

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，领略天体运行规律的简洁与和谐．

二、过程与方法

1．体会科学归纳与演绎推理的方法；

2．体会扭秤实验的设计思想．

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

科学家的教师活动

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学生活动

观看、感叹、讨论、

交往．

思考、回答：

需要的向心力由太阳

对行星的引力提供．

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．

例如：

1．开普勒：太阳磁力的吸引；

2．伽利略：“惯性”自行的维持；

3．笛卡尔：太阳的漩涡带动行星和卫星

一起运动；

4．胡克和哈雷等

：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遵循的规律吗？

学生讨论并回答：

律？

观点介绍

太阳对行星的引力

F

1

学生参与猜想

引导学生阅读教材

第

47 页，

由向心力公式和开普勒第三

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．

为行星运动所受的向心力，即

其中

m 为行星的质

量，

r 为行星轨道半径，即太阳与行星的距离．

即：

定律推导

出：

根据牛顿第三定律，吸引太阳的力是同性质的

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太阳吸引行星的力与行星

相互作用力．既然太阳对

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

个思考过程．

二、牛顿的猜想

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

（一）猜想一——关于苹果和月亮受力自然界中任意两个物体

关系的猜想

间，即具有划时代意义的

2

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

体会牛顿的思

牛顿的猜向天空？

想

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 学生答：

2．依然落地．

维过程

1．苹果受重力作用．

4．月球绕地球旋转，所受地球引力提供向心

力．

5．是的

6．是的

3．依然落地．

讨论与思规律的猜想

既然月亮绕地球运行的方式与行星绕太考

阳的运行方式相似，那么地球对月亮的引力

和太阳对行星的引力就有可能是同一种力，如果这种猜想成立，再结合上一猜想，那么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，课堂讨论

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？

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

（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

3 结论：苹果受到的力与月亮受到的力应该是同一种力．

学生回答：

月球轨道处的加速度

内容

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据开普勒第二定律，证明了这个规律在行星

牛顿在

17 世纪

60 年代到

17 世纪

了解地月检验

结论：苹果受到的引力与

月亮受到的引力应该遵从“平方反比” 的关系．

课堂思考

进行椭圆轨道运行时仍然成立．

把引力思想不断扩展最介绍牛顿80 年代的

20 年中，的工作

终扩展到宇宙万物中：任意两个物体之间都

存在吸引力．

学生回答：地球对卫

牛顿的理论著作：1687 年发表《自然哲

学的数学原理》，对猜想进行严格地理论证星也遵守平方反比关系．

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

体会万

有引力定律发现的意义

理解实①将两个小球固定在验方法牛顿的功积成正比，与两物体之间的距离的二次方成反比．

绩

万有引力定律

（二）表达式：

式中：

G 为万有引力常量，

r 为两物 学生记笔记．

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：两质点之间

三、

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：

实验原理简介

4

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？

杆上，并用金属细丝悬挂的巧妙

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力．

②

在金属丝上装上

一块平面镜，随金属细丝一起旋转，光线射到平面

镜后反射，在较远的光屏观察光斑的移动，就可以

测出金属细丝转过的角

体会一

应，通过转角可以求出引

2．利用光的反射巧妙地将微小形变进行度．

这个实验从设计到测量对科学家都是极大的挑战，卡文迪许研究了整整

50 年才成功．

3．实验数据

当时测量的G值为

学生答：

利用光的反射巧妙地万万有引了放大

力常量的测量

引导学生阅读教材第

49 页“课外阅，现在公认的

G 值为般物体将微小形变进行了放大．

之间的学生回答：

依据：

万有引力

G 值的物理含义：两个质量为

1kg 的读”卡文迪物体相距

1m 时，它们之间万有引力为

许扭秤实6.67×10-11 N．

验

生活实例：

两个质量为

50kg 的同学相距

0.5m 时播放动画

课堂思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？

5

学生回答：

考

生活实例思考问题

可见：一般物体之间的万有引力太小了，

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？

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