万有引力定律及其应.ppt

第5章 万有引力定律及其应用,本章课程标准及解读：（1）通过有关事实了解万有引力的发现过程。知道万有引力定律。认识发现万有引力定律的重要意义，体会科学定律对人类探索未知世界的作用。,通过史实了解万有引力定律的发现过程，这里强调了对物理学发展历程的展示，体现了学科渗透的理念。当然学生不仅要了解发现过程，而且还应知道万有引力定律。万有引力定律的发现具有非常重要的意义，如促使物理学完成了第一次大综合，预测了当时的未知天体，使人造卫星上天等等，万有引力定律的发现让人类对世界有了更多的认识，学生应由此体会科学定律对人类认识世界的作用。,（2）会计算人造卫星的环绕速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。,学生应该知道什么是环绕速度，会通过公式计算人造卫星的环绕速度，知道为什么人造卫星不会从天上掉下来。学生还应知道什么是第二宇宙速度和第三宇宙速度，什么情况下卫星达到第二宇宙速度和第三宇宙速度。这些内容学生会很感兴趣，因此可以组织学生观看有关人造地球卫星、航天飞机、空间站的录像片等，进一步激发学生的学习兴趣，了解人类在这方面的进展。,（3）通过实例，了解经典力学的发展历程和伟大成就，体会经典力学创立的价值与意义，认识经典力学的实用范围和局限性。,本条目要求学生从历史的角度，通过实例了解经典力学的发展历程，了解经典物理的伟大成就及其对人类社会发展带来的影响，例如，让学生了解经典力学对航天技术发展的重大贡献等，再如，让学生比较重物下落与天体运动的多样性与统一性，了解万有引力定律对科学发展所起的重要作用，由此，让学生体会经典力学创立的价值与意义。在实践活动中可以让学生收集我国和世界航天事业发展历史和前景的资料，写出调查报告等。,当然随着时代的发展，科技的进步，经典力学也逐步显现出一定的局限性，因此，本条目要求学生认识经典力学的实用范围和局限性。这有利于学生整体上了解物理学的发展历程，把握物理学的主要思想。,（4）体会科学研究方法对人们认识自然的重要作用。举例说明物理学的进展对于自然科学的促进作用。,在学习共同必修课程时，学生还应体会科学研究方法对人们认识自然的重要作用。物理学是一门基础学科，对其他学科的发展发挥了重要的作用，因此，学生应该通过实例了解物理学的发展对自然科学的进步的重要作用。,本章学习万有引力定律和天体运动规律方面的有关知识；培养发现问题、提出问题的能力和建立假设的能力。本章重点是理解万有引力定律的内容、了解卫星发射的基本原理；难点是运用万有引力定律计算卫星的环绕速度。通过本章学习，了解经典力学对航天技术发展的重大贡献；通过用万有引力定律发现未知天体的事实，了解科学定律对人类认识世界的作用。了解科学探索过程的曲折与艰辛，体会科学家勇于探索，实事求是的科学态度与科学精神。,编者编写意图：,课程简介,本章从“嫦娥奔月到阿波罗上天”导入，按“万有引力定律及常量的测定”、“万有引力定律的应用”、“人类对太空的不懈追求”三部分编写。通过导入嫦娥奔月的神话与“阿波罗”的现实对比，一方面让学生体会人类在不懈追求中的伟大成就，另一方面也由此激发学生对“阿波罗”上天的好奇与求知欲，为万有引力定律的引进铺垫；接着介绍行星运动规律、万有引力定律及引力常量的测定等；然后通过卫星上天、未知天体的预测等凸秒显万有引力定律对人类社会进步和科学发展的促进作用；最后通过“古希腊人的思考”、“文艺复兴的撞击”、“牛顿的大综合”、“对太空的探索”等，展示了万有引力定律的发现过程，反映了科学探索过程的曲折与艰辛，体现了科学家勇于探索、实事求是的科学态度与科学精神，凸现了牛顿对物理学上第一次大综合的重要意义，介绍了人类在探索太空中取得的伟大成就。,第1节 万有引力定律及引力常量的 测定,一、内容与地位 根据普通高中物理课程标准共同必修模块“物理2”对本节的要求，在教与学的过程中应让学生领悟到万有引力定律揭示了自然界最普遍的一种相互作用，它的发现具有非常重要的意义，如促使物理学完成了第一次大综合。引力常量的测定又赋予了万有引力定律真正的实用价值。沿着历史的足迹了解万有引力定律的发现过程，体验科学探究过程的艰辛与乐趣，并从中学习科学的研究方法和科学精神。,二、教学目标,（1）了解万有引力定律的发现过程，领悟科学的研究方法和科学精神。（2）理解万有引力定律的含义，知道万有引力定律并能进行简单计算。（3）通过引力常量的测定理解“将直接测量量转化为间接测量量”是科学研究的重要方法之一。,三、重点与难点,（1）理解万有引力定律的含义，万有引力定律并能进行简单计算。（2）理解引力常量的测定思路、方法及意义。,四、教学设计,（一）引入新课：自古以来，人们不仅创造了关于星空的神话诗词，而且孜孜不卷地探索天体运动的规律。教师在课前让学生查阅、收集上述相关资料感受人类对太空的向往和不懈探索追求。引入时选择几个典型的材料让学生发表简短的演说，激发学生的学习热情。,（二）新课教学,1、行星运动的规律,1.”K”是与行星无关的常量，但对不同恒星，其周围绕行的行星的K值是不同的。,即：水星冥王星周期由小到大,2、万有引力定律,（1）推导：行星为什么要绕太阳运动？行星受太阳的引力（已是常识），引力有何规律呢？首先将行星运动近似为圆轨道上的匀速圆周运动，请学生思考：能否根据行星运动的规律推导引力作用的规律？,由牛顿运动定律、开普勒第三定律可推导得：,说明：该部分内容教师可视学生的具体情况取舍。当然，推导使得万有引力定律公式在逻辑上更严密，结构上前后呼应；值得提醒学生注意的是牛顿是在椭圆轨道下证明万有引力定律的。,(2)进一步请学生思考：重力使苹果落地，设想苹果树不断长高直至月球的轨道，苹果受地球引力依然落回地面，月球也受到地球引力为什么没有落回地面？分小组讨论。,预测：学生参与讨论，可能有不同的观点：A）引力与重力不同，引力作用下物体做环绕运动，重力作用下物体竖直下落，力的作用效果不同；B）月球太远引力不够大，所以月球才没有落回地面；C）只是月球有速度而苹果是静止，因而月球做环绕运动（曲线运动）、苹果竖直下落，其实引力与重力本质应是相同。,师：如何判断一物体的运动规律？应由受力情况和运动初态两方面共同决定。进一步明确月球与苹果不同在于两者受力时的运动初态不同，即月球有速度而苹果是静止，地球对月球的引力提供了月球绕地球运动所需的向心力，对月球产生向心加速度。地球对苹果的重力产生自由下落加速度。地球对月球的引力、地球对苹果的引力本质上是一样的。,（3）定量验证：牛顿的“月地”检验,说明：定性分析有助于开拓学生思路，是否做定量验证教师可视学生的具体情况取舍。结论；地球对地面物体的引力、行星对卫星的引力以及太阳对行星的引力是同一性质的力，遵循相同的规律，并由此推广为自然界任何两个物体间都存在这样相互作用即万有引力。,（4）万有引力定律,公式：适用条件：可以看成质点的两物体间或两均匀球体间的相互作用。r的含义：当两物体相距很远可以看成质点时，r是两质点间的距离；若是两个匀质的球体，r是两球心的距离。,请判断下面说法是否正确：当两物体间距离r不断减小至趋于零时，两物体间引力F趋于无穷大。这不可能，我们没有这样的体验，但错在哪呢？生：万有引力的公式不正确，没有普遍性师：当r趋于零时两物体不能看成质点，万有引力定律公式已不再适用。说明：可举一些实例说明以增加感性认识，如：两艘万吨级轮船相距10km时相互吸引力的数量级为10-3N，等等。,（三）引力常量的测定及其意义,牛顿的万有引力定律发表111年后才由卡文迪许第一次较精确的测出引力常量，其关键是如何将一般物体间几乎可以忽略的引力显现出来并做定量测量。,1、实验思路、方法：（1）由万有引力公式将直接测量量（m、m、r、F）来表示间接测量量（G）（2）将微小量巧妙地“放大”(如：放大微小引力F、放大石英丝的扭转角度)（3）可借鉴的演示实验：观察微小形变，如：厚壁扁玻璃瓶的形变、“光放大”讲台面的形变,说明：演示实验应请学生参与以调动学生积极性，增强师生的互动性。,请学生思考并回答：卡文迪许的实验装置巧妙之处在哪？,师：收集学生观点并归纳如下：将力F的测量转化为力矩M（M=FL）的测量，由于引力很小因此需将T型架的水平部分做得很长；利用平面镜的反射来“放大”石英丝扭转角度，同时增大平面镜与刻度尺间的距离，使扭转角度更方便测量、提高测量的准确度；整个装置轻巧、庞大并密封抗干扰以增强其灵敏度。,2、引力常量的测定的意义引力常量的测定证明了万有引力定律的正确并使之具有了真正的实用价值。3、应用：计算天体的质量请思考：卡文迪许为什么被称为“能称出地球质量的人”？根据这节课的知识，你能成为一个“能称出太阳质量的人”吗？,建议：研究性小课题：我测引力常量组织学生分小组进行实验方案设计、模拟实验，并形成小论文。这有助于学生理解实验方法，培养创新精神。,五、案例心得,本节课属于物理规律的教学，要重视展示万有引力定律发现历史的过程，充分发挥史实对学生的启迪作用，让学生体验科学探究过程的艰辛与乐趣，学习科学的研究方法和科学精神。对于万有引力定律学习，重视问题情景的创设，让学生经历问题分析的思维过程，使学生对规律的认识是丰富的、全面的。对于引力常量的测定的教学设计，通过一系列问题让学生在问题讨论中体会实验的巧妙设计，感受物理研究的方法，激发学生的创新意识。通过应用实例的学习体会到引力常量的测定的重要意义。,