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2019-2020年高中物理 《萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)》教案 滬科版必修2 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】: 一、知識(shí)與技能 : 1.理解太陽(yáng)與行星間引力的存在； 2.理解萬(wàn)有引力定律的含義，掌握萬(wàn)有引力定律的公式. 二、過(guò)程與方法: 根據(jù)開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律和牛頓第三定律推導(dǎo)出太陽(yáng)與行星間的引力表達(dá)式;了解萬(wàn)有引力定律得出的思路和過(guò)程. 三、情感態(tài)度與價(jià)值觀: 科學(xué)精神、科學(xué)思想方法的培養(yǎng)； 【重難點(diǎn)】 重點(diǎn):萬(wàn)有引力定律的理解. 難點(diǎn):1太陽(yáng)與行星間的引力公式的推導(dǎo)過(guò)程; 2萬(wàn)有引力定律得出的思路和過(guò)程. 一. 回顧開(kāi)普勒定律： 開(kāi)普勒第一定律（幾何定律） 所有的行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是 _____，太陽(yáng)處在所有橢圓的 _______上。 開(kāi)普勒第二定律（面積定律） 對(duì)于每一個(gè)行星而言，太陽(yáng)和行星的聯(lián)線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積。 開(kāi)普勒第三定律（周期定律） 所有行星的軌道的 _______的三次方跟 ________的二次方的比值都相等。 即：_______ （公式） k值與中心天體有關(guān)，而與環(huán)繞天體無(wú)關(guān)。 開(kāi)普勒定律發(fā)現(xiàn)之后，人們開(kāi)始思考這樣的問(wèn)題：是什么力來(lái)維持行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)呢？ 圍繞這個(gè)問(wèn)題，許多科學(xué)家提出了自己的觀點(diǎn)： 伽利略：一切物體都有合并的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)導(dǎo)致物體作圓周運(yùn)動(dòng) 開(kāi)普勒：行星一定是受到了來(lái)自太陽(yáng)的類似磁力的作用。 笛卡爾：行星的運(yùn)動(dòng)是因?yàn)樵谛行侵車行D(zhuǎn)的物質(zhì)作用在行星上。 胡克：行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)是因?yàn)槭艿搅颂?yáng)對(duì)它的引力，提出如果行星的軌道是圓形的，它所受的引力大小跟行星到太陽(yáng)的距離的二次方成反比.但沒(méi)法證明在橢圓軌道規(guī)律也成立。 最后，牛頓在前人研究的基礎(chǔ)上，利用自己的運(yùn)動(dòng)定律把行星的向心加速度和和太陽(yáng)對(duì)他的引力聯(lián)系起來(lái)了。 這節(jié)課，我們就重溫牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的過(guò)程。 二、太陽(yáng)對(duì)行星的引力： 偉大的發(fā)現(xiàn)源于簡(jiǎn)單的猜想： 1.猜想：太陽(yáng)對(duì)行星的引力F應(yīng)該與行星到太陽(yáng)的距離r有關(guān)，許多經(jīng)驗(yàn)使人很容易想到這一點(diǎn)。那么F與r的定量關(guān)系是什么？ 2.簡(jiǎn)化模型：行星軌道按照________來(lái)處理； 3.推理: (1)行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)需要的向心力由什么力提供？大小如何？(行星的質(zhì)量m、線速度v、軌道半徑r) ________________ (2)天文觀測(cè)行星速度V很難，但可以得到行星的公轉(zhuǎn)周期T，可以將T與V的關(guān)系代入上式，即：________________ (3)應(yīng)用開(kāi)普勒第三定律消掉周期T: (4)整理關(guān)系式：________________ (5)結(jié)論：________________ 思考 (1)行星對(duì)太陽(yáng)有沒(méi)有作用力？為什么？________________ (2)行星對(duì)太陽(yáng)的作用力與那些因素關(guān)？________________ （3）用表達(dá)式應(yīng)該如何表示？________________ （4）綜合起來(lái)得到太陽(yáng)與行星間的引力大小 ________________： 三、太陽(yáng)與行星間的引力： 寫成等式有： ________________ （這是不是萬(wàn)有引力定律呢？） 通過(guò)以上的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道太陽(yáng)和行星之間作用力的規(guī)律，那么我們進(jìn)一步的思考： 1、既然是行星與太陽(yáng)之間的力使得行星不能飛離太陽(yáng)，那么，行星與太陽(yáng)之間的吸引力會(huì)不會(huì)與地球吸引蘋果的力是同一種力呢? 2、即使在很高的建筑物上或者在山上都不會(huì)發(fā)現(xiàn)重力有明顯的減弱，那么，這個(gè)力會(huì)不會(huì)延伸作用到月球上?拉住月球圍繞地球運(yùn)動(dòng)？ 3、這個(gè)力，與拉著蘋果下落的力以及地球、眾行星與太陽(yáng)之間的作用力是否是同一種力，遵循相同的規(guī)律?…… 牛頓是怎樣把天體間的引力與地球?qū)Φ孛娓浇矬w的引力統(tǒng)一起來(lái)證明的呢？ 四.月地檢驗(yàn)： 當(dāng)時(shí)已知的一些量： 地表重力加速度：g = 9.8m/s2 地球半徑： R = 6400103m 月球周期：T = 27.3天≈2.36106s 驗(yàn)證過(guò)程： 大膽地猜想：太陽(yáng)吸引行星；地球吸引蘋果；那么，蘋果能不能吸引蘋果？任何物體之間是不是都有吸引力呢？ 五、萬(wàn)有引力定律： 1、定律表述：自然界中任何兩個(gè)物體都是互相吸引的，引力的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比 2、公式： （1）G: 引力常量 G=________（卡文迪許最早準(zhǔn)確的測(cè)出其數(shù)值） ①引力常量適用于任何兩個(gè)物體 ②意義：在數(shù)值上等于兩個(gè)質(zhì)量都是1kg的物體相距1m時(shí)的相互作用力。 （2） r ：① 質(zhì)點(diǎn) 質(zhì)點(diǎn)間的距離 ②均勻球體 球心間的距離 六、課堂達(dá)標(biāo)練習(xí)： 1．下面關(guān)于太陽(yáng)對(duì)行星的引力說(shuō)法中的正確的是 ： （ ） A 太陽(yáng)對(duì)行星的引力等于行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力 B 太陽(yáng)對(duì)行星的引力大小與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽(yáng)間的距離成反比 C 太陽(yáng)對(duì)行星的引力規(guī)律是由實(shí)驗(yàn)得出的 D太陽(yáng)對(duì)行星的引力規(guī)律是由開(kāi)普勒定律和行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律推導(dǎo)出來(lái)的 2． 粗略的計(jì)算一下兩位質(zhì)量為50kg的同學(xué)，相距0.5m的時(shí)候，他們之間的引力是多少？ 3．縱觀萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)歷程，你覺(jué)得科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一般過(guò)程是什么？你能概括一下嗎？ 科學(xué)研究過(guò)程的基本要素包含以下幾點(diǎn)：①提出假設(shè)；②對(duì)現(xiàn)象的一般觀察；③通過(guò)試驗(yàn)對(duì)推論進(jìn)行檢驗(yàn)；④運(yùn)用邏輯（包括數(shù)學(xué)）得出推論； ⑤對(duì)假說(shuō)進(jìn)行修正和推廣。請(qǐng)按科學(xué)研究過(guò)程進(jìn)行排序。（只填序號(hào)） 答案：________________________________ 4．已知地球表面的重力加速度為g，地球半徑為R，萬(wàn)有引力常量為G，用以上各量表示，地球質(zhì)量M為多少？ 七、小結(jié)： 1、探究太陽(yáng)與行星間的引力： （1）太陽(yáng)對(duì)行星的引力： （2）行星對(duì)太陽(yáng)的引力： 2、通過(guò)“月地實(shí)驗(yàn)”證明了“天上的力”與 “地下的力”是同一性質(zhì)的力： 3、再大膽地猜想，得到了萬(wàn)有引力定律： 八、課后作業(yè)： 1、完成市編學(xué)案對(duì)應(yīng)的習(xí)題; 2、預(yù)習(xí)第四節(jié)《萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用》：