2. 万有引力定律教学设计内容推荐

高一物理必修2第三章第二节《万有引力定律》教案

广元市实验中学

张光强

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． 5．会在简单情景中计算物体间的引力． 二、过程与方法

1．体会发现万有引力定律的过程和思维方法； 2．体会科学归纳与演绎推理的方法； 3．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

教学重点难点： 重点：1．万有引力定律的发现过程； 2．万有引力定律的物理意义以及公式的适用条件； 3．万有引力常量测定中蕴藏的思想方法． 难点：万有引力定律的发现过程。

教学资源：多媒体电教设备，动画、图片及 PPT 演示文稿

新课教学：

教学环节

引入新课

提出问题

教师活动 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．

设计说明 以行星绕太阳公转为材料，创设问题情境，播放动画：

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律？ 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．

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科学家的观点介绍

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：

太阳对行星的引力 F 为行星运动所受的向心力，即

营造气氛，让学生感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．

让学生参

一、若把行星绕太阳的运动简化为

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定律推导出：

匀速圆周运动，太阳与行星间的引力规律的推导．

与论其中

m 为行星的质量，

r 为行证 星轨道半径，即太阳与行星的距离．由上式可得出结论：太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，跟行星与太阳的距离的二次方成反比． 即：

根据牛顿第三定律，太阳吸引行星的力与行星吸引太阳的力是同性质的相互作用力．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：

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对此问题，英国科学家牛顿做

牛顿的猜想

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： 苹果与月亮受到的力可能是同一种力。 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的力应该是同一种力．

3 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万有引力定律．

学生答： 1．苹果受重力作用． 2．依然落地． 3．依然落地． 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 体会牛顿的思维过程

结论：苹果受到的力与月亮受到

了深入的思考与分析，下面就让我们一起来经历一下这个思考过

讨论与思考

课堂讨论 学生分析 引导学生阅读教材第 48 页“物理在线”

绕太阳的运行方式相似，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，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？ 月球轨道处的加速度学生回答：

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（三）猜想三——大胆合理外推 牛顿的月地检验的内容

课堂了既然苹果与地球、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式中 r 的含义， r 是

学生回答：地球对卫星也遵守平方反比关系．

了解地月检验

关系．

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椭圆轨道运行时仍然成立．

介绍牛顿的工作

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

4 思考 定律，证明了这个规律在行星进行

牛顿的功绩

万有引力《自然哲学的数学原理》，对猜想进行严格地理论证明． 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积成正比，与两物体之间的距离的二次方成反比． 学生记笔记．

学生介绍课下查找的资料．

1682 年 8 月，天空出现一颗特殊彗星，它非常明亮且拖着长长的彗尾．哈雷认真观测了这颗彗星，并与历史上的记录做了比较，发现曾经有两颗彗星与这颗彗星很像，很可能是同一颗彗星．

于是哈雷大胆地猜想：彗星会回

两人之间的引力相当于一粒砂子的几万分之一，太阳地球之间的引力可以把直径为几千米的钢筋拉断！

万有引力定四性：

普遍性;相互性;宏观性；特殊性

体会万有引力定律发现的意义

定律 （二）表达式：

式中： G 为万有引力常量， r 归，且具有固定的周期和轨道．但当为两物体中心的距离．相距很远的时牛顿还没提出万有引力定律，哈雷物体可以看成质点，对球形物体而言， r 为球心距离。当时测量的G值为

认的 G 值为，现在公

无法具体证明这种猜想．等万有引力定律正式提出后，哈雷进行计算，算出椭圆轨道和周期，并预测 76 年后彗星会回归． 1758 年 12 月 2 5 日晚，那颗彗星果真被人们所发现．哈雷的预言G 值的物理含义：两个质量为

成功了，牛顿的万有引力定律也得到1kg 的物体相距 1m 时，它们之间了有力的验证！ 万有引力为

6.67×10 N．

生活实例： 两个质量为 50kg 的同学相距 时的相互吸引力有多大？ 太阳与地球之间的引力大约是

10 N （三）适用条件：两质点之间

四、

万有引力定律发现的意义：

（一）第一次揭示

了自然界中一种基本相互作用的规律． （二）把地上的力与天上的力统一起来，提供了研究天体运动的理论基础，在文化发展史上重大意义，使人们有信心理解天地间的各种事物的信心，解放了人们的思想，在科学文化的发展史上起到了积极的推动作用．

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五 小结

六 作业 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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