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《万有引力定律》教案

教学目标及教学重点、难点

【教学目标】

知道万有引力定律。

通过万有引力定律的发现过程，培养学生基于证据的科学论证能力。

通过科学家追求统一性的历程，体会科学的简洁美。

【难点】月-地检验地球引力与距离平方反比。

【重点】太阳引力与距离、质量关系的推导。

教学过程(表格描述)

教学环节

主要教学活动

设置意图

环环节一

行星与太阳间的引力

环节二：月地检验

环节三：万有引力定律

环节四引力常量

环节五启示

复习和引入

复习《行星的运动》，开普勒第三定律内容。

问题：行星为什么会绕着太阳运动？

开普勒的类比：小精灵--气味和热量--光和热--磁力--太阳的引力

引力的大小与星体的质量、行星与太阳间的距离（也就是圆周运动的半径）有关。

1.引力F与r的关系

问题：引力的大小与行星和太阳间距离r有怎样的关系呢？

具体的，咱们可以分步研究以下一系列问题。已知行星运动的周期和半径

（1）如何表达行星做圆周运动的向心加速度？

（2）行星以这么大的周期和半径做圆周运动，所需的向心力多大？

（3）能不能由此关系式，就说F与r成正比呢？

（4）在我们学过的行星运动知识中，有描述轨道半径r和周期T关系的吗？

（5）如何找到引力F与距离r的关系？

2.引力F与太阳质量的关系

问题：那么引力的大小与太阳质量有怎样的关系呢？

通过引力性质和牛顿第三定律即我们猜想

写成等式就是F日=GM

拓展讨论:G与开普勒常量K。

问题：

若把以太阳为中心天体的系统，换成以地球为中心天体的系统，那么卫星与地球间的力是否也存在同样的规律呢？

模型1.地球系的两颗卫星：

假设1地球与卫星间的力，与太阳与行星间的力是同一性质。

模型2.地球系的苹果月球。

假设2地球与苹果间的力，也是同一性质。

检验

已知：自由落体加速度g为9.8m/s2，地球半径R为6.4×10

我们得到g?

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的平方成反比，即F=GM

式中质量的单位用千克（kg），距离的单位用米（m），力的单位用牛（N）。G是比例系数，叫作引力常量，适用于任何两个物体。

2意义：追求“简洁统一”。

哥白尼提出行星轨道日心说---开普勒提出行星运动定律---牛顿提出万有引力定律。

1.国物理学家卡文迪什比较准确地得出了G的数值。

通常取G＝6.67×10-11N·m2/kg2。

思考与讨论：

篮球的重力,与篮球间的万有引力。

2.拓展内容：引力常量的测量。

问题：通过这节课，从科学研究的角度上，能带给我们哪些启示呢？

论证推导

拓展推导练习：在新情境中运用论证推导能力。

假设

问题：咱们这节课有哪些假设？

证据

伽利略提供了日心说的证据---弟谷的天文观测记录为开普勒发现行星运动规律奠定了基础---行星运动定律又为引力定律提供了支持---“月—地检验”进一步检验了引力定律---引力常量的普适性成了万有引力定律正确的有力证据。

小结：重点思考下面两个问题：

1.如何推导出引力与距离的平方成反比？

2.如何验证万有引力定律？

通过科学家的思路历程，渗透类比的方法。

前边的定性研究为后边定量研究做基础。

通过万有引力定律的发现过程，培养学生基于证据的科学论证能力。

为突破难点，在月地检验前用地球系两卫星模型搭台阶，同时强化用图境分析。

通过月地检验，使学生认识大胆假设的意义，和培养学生证据意识。

了解万有引力定律的由来，知道规律的内容。

通过科学家追求统一性的历程，体会科学的简洁美。

了解引力常量的意义和测量。

渗透数量级思维。

从科学研究的角度，梳理假设、论证、证据的意义。

课后篇巩固提升

合格考达标练

1.月球在如图所示的轨道上绕地球运行,近地点、远地点受地球的万有引力分别为F1、F2,则F1、F2的大小关系是()

A.F1F2 B.F1F2

C.F1=F2 D.无法确定

答案B

解析根据万有引力定律可知,当两物体的质量确定时,引力与物体之间的距离的二次方成反比,有F1F2,选项B正确。

2.关于万有引力定律,下列说法正确的是()

A.牛顿是在开普勒揭示的行星运动规律的基础上,发现了万有引力定律,因此万有引力定律仅适用于天体之间

B.卡文迪什首先用实验比较准确地测定了引力常量G的数值

C.两物体各自受到对方引力的大小不一定相等,质量大的物体受到的引力也大

D.万有引力定律对质量大的物体适用,对质量小的物体不适用

答案B

解析万有引力定律适用于所有物体间,A、D错误;根据物理学史可知卡文迪什首先用实验比较准确地测定了引力常量G的数值,B正确;两物体各自受到对方的引力遵循牛顿