高中物理_万有引力定律教学设计学情分析教材分析课后反思

教学设计

本节课在学习过太阳与行星间引力的基础上，探究地球与月球、地球与地面上物体之间的作用力是否与太阳和行星间引力性质相同，从而导出万有引力定律。引力常量的测定不仅验证了万有引力的正确性，而且使得万有引力具有了真正的实用价值。

教学过程中的关键是对万有引力定律的推导过程深入体会，培养学生的科学品质；知道公式的适用条件，引力常量测定中的思想方法等。物理学史的讲述不仅要达到了解历史的目的，还需借此使学生体会科学研究的长期性、连续性、坚巨性，升华学生的思想，提升学生素质。

【教学重点】万有引力推导的过程；万有引力公式的应用。引力常量的有关知识。

【教学难点】万有引力推导的过程；万有引力公式的体会及应用

多媒体课件

【新课导入】

上节课我们推导出了太阳与行星间的引力规律，即2rMmGF。知道了行星为什么能够绕太阳运转而不会飞离太阳。那么大家想到过，是什么力使得地面的物体不能离开地球，总要落回地面呢？地球吸引物体的力与地球和太阳间的引力是同种性质的力吗？还有，月球能够绕地球运转，说明月球与地球之间也一定存在着相互作用力，这个拉住月球使它绕地球运转的力与地球对物体的引力是同一种力吗？

这节课我们就来深入研究这些问题。

【新课内容】

（一）牛顿的思考

１.展示太阳系行星绕太阳运行图片

问题：在太阳系中，行星为什么都会绕太阳公转，而不会飞离太阳呢？

牛顿的发现已经告诉我们：是太阳对行星的引力，才使行星能绕太阳公转而不会飞离。并且太阳与行星间的引力，满足：2rmMF行太

２.展示月亮绕地球运行的flash动画

问题：月亮为什么也会绕地球公转，也不会飞离地球呢？ 对此，牛顿认为：是地球对月球的引力，使月球绕地球公转而不飞离地球。

３.展示地面上物体向地面下落的图片与动画

问题：是什么力使得地面的物体不能离开地球总要落回地面呢?

对此，牛顿认为是地球对地面上物体的引力，才使物体下落。

４.牛顿的思考

<1>地球和月球之间的吸引力会不会与地球吸引苹果的力是同一种力呢?<2>地球表面的重力能否延伸到很远的地方,会不会作用到月球上?

<3>拉住月球使它绕地球运动的力,与拉着苹果使它下落的力,以及众行星与太阳之间的作用力也许真的是同一种力,遵循相同的规律?

５.牛顿的猜想

地球与有球间的引力可能是同一种性质的力，都遵从相同的规律。

（二）月地检验

１.理论推导

假定地球对月球的引力,也同样满足：2rMmF

月球轨道半径:R月=60R地 F ∴地球对月球的引力:F月=

2601F地

∴ 由牛顿第二定律得月球绕地球公转的加速度：a月232/107.2601smg

２.实际计算

设质量为m的物体在月球轨道上运动的加速度(月球公转的向心加速度)为a,则

2228222/0027.0/)3600243.27(1084.314.344smsmTra

结论：实际测量计算与假设的理论推导结果一致

３.检验结果[来源:学科网]

物体之间存在的引力作用遵从相同的规律

４.牛顿的猜想

由此牛顿大胆设想：宇宙中的一切物体间都有引力，且都满足:2rMmF。

687年牛顿发表了科学史上最伟大的定律之一---------------------万有引力定律

（三）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F与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们的距离r的二次方成反比.

２.公式

221rmmGF

∴m1,m2 ---两物体的质量

∴r ---两物体间的距离

∴G ---比例系数，叫引力常量，适用于任何物体，G的国际单位：N·m2/kg2

3.关于万有引力的理解

普遍性 万有引力不仅存在于星球间，任何客观存在的有质量的物体之间都存在着这种相互吸引力。

相互性 两个物体相互作用的引力是一对作用力和反作用力，它们大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上

宏观性 地面上的一般物体之间的万有引力比较小,与其他力比较可忽略不计,但在质量巨大的天体之间或天体与其附近的物体之间,万有引力起着决定性作用故在分析地球表面物体受力时，不考虑其他物体对它的万有引力。

特殊性 两个物体之间的万有引力只与它们本身的质量和它们间的距离有关,而与它们所在空间的性质无关,也与周围是否存在其他物体无关

４.关于公式的适用条件：

∴（理想情况）计算两个质点间引力大小

∴（实际情况）计算间距远大于物体大小的两个物体间引力大小（物体可看成质点）

如：太阳与行星间；地球与月球间

∴对于质量分布均匀的两个球体，可视为质量集中于球心

∴对于地面上的物体，可视为质点

【例1】 对于质量为m1和质量为m2的两个物体间的万有引力的表达式221rmmGF,下列说法正确的是( )

A.两物体所受引力总是大小相等,方向相反,是一对平衡力

B.当两物体间的距离r趋于0时,万有引力无穷大

C.当有第三个物体放入这两个物体之间时,这两个物体间的万有引力将不变

D.两个物体所受的引力性质可能相同,也可能不同

【答案】C

（四）引力常量G的测量

（１）测量史 ∴1686年牛顿发现万有引力定律后，曾经设想过几种测定引力常量的方法，却没有成功.

∴其间又有科学家进行引力常量的测量也没有成功.

∴直到1789年，英国物理学家卡文迪许巧妙地利用了扭秤装置，第一次在实验室里对两个物体间的引力大小作了精确的测量和计算，比较准确地测出了引力常量．

（２）动画演示卡文迪许挂扭称实验装置与过程

（３）测量结果

Ｇ＝6.67×10-11Nm2/kg2

引力常量G的含义—表示两质量m1=m2=1kg的匀质小球，相距r=1m时，小球间万有引力的大小

11111222116.67106.67101mmFGNNr

(4)测定引力常量G的重要意义：

∴用实验证明了万有引力的存在

∴使万有引力定律公式有了真正的实用价值，可以计算天体间的引力大小（卡文迪许被称为能称出地球质量的人）

∴开创了测量弱力的新时代

(5)实验中的科学思想

两次放大及等效的思想:

∴扭秤装置把微小力转变成力矩来反映

∴扭转角度(微小形变)通过光标的移动来反映

例２.两个大小相同的实心小铁球紧靠在一起，它们之间的万有引力为F，若两个半径是小铁球2倍的实心大铁球紧靠在一起，则它们之间的万有引力为( )

A．2F B．4F C．8F D．16F

【答案】D

教材为教师搭建了活动平台，教师要通过这个平台教给学生什么呢？教知识、教方法，在教学活动中提高学生的能力、素养，影响学生的世界观、价值观、人生观，因此，教师必须从教材和其他教学资源中挖掘相关的教学因子。例如在行星运动规律与万有引力定律安排了太阳与行星间的引力一节，从动力学的角度研究行星的运动，从问题的提出、猜想与假设、演绎与推理、结论的得出、检验论证等，是很好的探究性学习的素材。因此体验物理学研究问题的方法就成为主要的教学目标。如果因为应试的需要，为多些时间练习运用万有引力公式进行计算，而对本节内容一带而过，那真是暴殄天物。

学情分析

1.学生已有学科知识分析

学生已经学习了牛顿的三个定律，了解了物体运动的条件，又学习了圆周运动的知识，知道做圆周运动的条件与规律，另外又学习了开普勒三定律，知道了行星的周期的平方与轨道半长轴的三次方成正比及行星运动的规律，已经积累了一定的知识。理论上已经具备了接受万有引力定律的能力。

2. 学生能力分析

学生正处于从初中物理的定性分析到高中物理的定量讨论；从初中的形象思维到高中的抽象思维；从初中简单的逻辑思维到高中复杂的分析推理的转变过程中。从心理学的角度分析他们的一般能力已经具备，具有一定的观察力、记忆力、抽象概括力、想象力。但其创造能力还比较欠缺，对于利用已有知识创造出新的概念、理论的能力很弱；（创造能力：利用已有知识创造出新的概念、理论的能力。在学习过程中对知识点的把握还不是很准确，数学的推理能力较弱；但学生对感性材料的认知能力较强，接受新知识的能力也很强；而且学生的社交能力也正处于发展阶段，需要得到不断的锻炼。

3.学生所处环境、自身素质分析

一方面我国在航天事业上的突破极大的激发了学生学习有关宇宙、航天、卫星知识的兴趣。另一方面学生已有的有关宇宙、航天、卫星的知识仅局限于认知阶段，对于它们的规律知之甚少，甚至于存在的错误的概念。所以对学习本课内容学生的愿望是迫切的，积极性很高。

效果分析

整堂课突出学生的主体地位，能自己解决的决不多讲。对于同学商量后解决不了的进行必要点拨。

遇到问题时首先想到的是身边的同学，只要都能积极的思考，投入到热情的讨论中基本没有解决不了的问题。

教材分析

本章作为圆周运动的一个应用实例，是对第五章《曲线运动》所涉及的基本概念和规律在理解和应用上的进一步加深。

本章的编写主要按以下线索展开：开普勒对行星运动学规律的描述为万有引力定律的发现奠定了基础——牛顿在前人的研究的基础上发现了万有引力定律——卡文迪许用实验较准确地测定了引力常量，使得万有引力定律有了更实际的应用——利用万有引力定律及有关的知识讨论天体和人造卫星的运动情况。

而本节本节通过叙述了伽利略等科学家不断的探索，牛顿在前人的基础上，由于他超凡的数学能力及创造力发现万有引力定律这一历史。通过

万有引力定律把地面上的物体运动和天体运动统一起来，揭示了自然界中一种基本的相互作用规律（四种作用力之一）。打破了人们认为天体运动神圣而不可了解的神秘感，为人类认识宇宙、发展航天事业奠定了基础。在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑，对人类文化的发展有巨大的影响。

在认识到学生对学习新知识的迫切愿望、学生实际的知识与能力水平的现有状况；综合考虑了本节课的内容与性质、以及考试大纲后，确定了本课的基本理念。 课的目的：

提高全体学生的科学素养；——了解科学史实、掌握研究方法。

课的结构：

注重共同基础，体现选择性——教学有层次感、因材施教。

课的内容：

体现课程的时代性、基础性和选择性——联系生活、有浅及深。

课的实施：

注重自主学习，鼓励学生参与——采用问题教学法。

评测练习

一、选择题

1.在物理学的发展历程中，下面的哪位科学家首先建立了平均速度，瞬时速度和加速度等概念用来描述物体的运动，并首先采用了实验检验猜想和假设的科学方法，把实验和逻辑推理和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学的发展（ ）

A. 亚里士多德 B. 伽利略 C. 牛顿 D. 爱因斯坦

2.如图所示，两质量相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，用R、T、Ek、S分别表示卫星的轨道半径、周期、动能、与地心连线在单位时间内扫过的面积．下列关系式正确的有（ ）

A. TA＞TB B. EkA＞EkB C. SA=SB D.