云南省峨山彝族自治縣高中物理第六章萬有引力與航天教案（打包7套）新人教版必修2.zip,云南省,峨山彝族自治縣,高中物理,第六,萬有引力,航天,教案,打包,新人,必修 6.3　萬有引力定律 一、教學(xué)目標(biāo) （一）知識和技能 1.知道萬有引力是一種普遍存在的力。知道萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程，了解科學(xué)研究的一般過程。 2.知道萬有引力定律的表達(dá)式，知道萬有引力定律是平方比定律，知道G的含義。 3.了解卡文迪許實(shí)驗(yàn)中扭秤的測量微小力的巧妙構(gòu)思，知道卡文迪許實(shí)驗(yàn)的意義在于直接驗(yàn)證萬有引力定律。 （二）過程和方法 1.以學(xué)習(xí)萬有引力定律為載體，培養(yǎng)學(xué)生搜集、組織信息的能力，掌握理論探究的基本方法。 2.以學(xué)習(xí)萬有引力定律為載體，通過展現(xiàn)思維程序“提出問題→猜想與假設(shè)→理論分析→實(shí)驗(yàn)觀測→驗(yàn)證結(jié)論”培養(yǎng)學(xué)生探究思維能力。 3. 認(rèn)識物理模型、理想實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)工具在物理學(xué)發(fā)展過程中的作用。 （三）情感、態(tài)度和價(jià)值觀 1.領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，蘊(yùn)涵其中的規(guī)律之簡潔，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲。 2.體驗(yàn)牛頓在前人基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)萬有引力的思考過程，說明科學(xué)研究的長期性、連續(xù)性、艱巨性，體現(xiàn)科學(xué)精神與人文精神的結(jié)合。 二、學(xué)情分析 教學(xué)對象分析：本節(jié)課的教學(xué)對象為高一年級學(xué)生。本節(jié)課使用的教材是人民教育出版社出版的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書——物理②（必修），第六章第二、第三節(jié)的相關(guān)內(nèi)容。將這兩節(jié)內(nèi)容進(jìn)行整合，有利于學(xué)生經(jīng)歷完整的探究過程。這兩節(jié)內(nèi)容準(zhǔn)備兩課時(shí)完成，本節(jié)課主要是引領(lǐng)學(xué)生，用自己的手和腦，重新“發(fā)現(xiàn)”萬有引力定律。經(jīng)歷將近兩個(gè)學(xué)期的高中學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)基本掌握了高中物理的學(xué)習(xí)方法，具有一定的抽象思維能力和概括能力。另外，處于十七、八歲的他們，人生觀、世界觀正逐步形成，需要教師正確引導(dǎo)。 教學(xué)任務(wù)分析：本節(jié)課以天體運(yùn)動為線索，通過猜想、建模、歸納、演繹、理想實(shí)驗(yàn)、檢驗(yàn)等方法、運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律、勻速圓周運(yùn)動及向心力的知識，揭示萬有引力定律。通過對科學(xué)簡史和科學(xué)人物的介紹，突出了萬有引力的發(fā)現(xiàn)過程，體現(xiàn)了科學(xué)精神和人文精神的結(jié)合。卡文迪許實(shí)驗(yàn)的介紹，說明任何科學(xué)發(fā)現(xiàn)都必須接受實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。 教學(xué)設(shè)計(jì)思路：學(xué)生普遍感覺“萬有引力”部分知識的學(xué)習(xí)為他們打開了探索宇宙的一扇天窗。但是，這部分知識的學(xué)習(xí)過程可以用：“難”、“繁”兩字來概括。因此本節(jié)課采取了與以往不同的教授過程，在以往的接受式學(xué)習(xí)中融入了探究的學(xué)習(xí)方式，利用各種媒體的整合，使得課堂與課外，傳統(tǒng)媒體與現(xiàn)代媒體、獨(dú)立學(xué)習(xí)與協(xié)作學(xué)習(xí)結(jié)合在一起。學(xué)生成為了課堂的主體。 啟發(fā)學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的興趣，在完成教材要求的同時(shí)，充分展現(xiàn)學(xué)生的活力，體現(xiàn)出他們的獨(dú)立思考和團(tuán)隊(duì)互助與合作的能力。 教師在教學(xué)中力爭做到：“以學(xué)生為本”，依據(jù)知識結(jié)構(gòu)，依據(jù)學(xué)生認(rèn)識規(guī)律的順序，把握住教學(xué)過程，讓學(xué)生在快樂、興奮的狀態(tài)下，完成教學(xué)目標(biāo)。 三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn)：萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)。 教學(xué)難點(diǎn)：學(xué)生在參與重新“發(fā)現(xiàn)”萬有引力定律的過程中，利用自身的物理知識體系架起溝通天體運(yùn)動和萬有引力定律的橋梁；學(xué)生將搜集到的有效信息及自己的思考?xì)w納整理并向他人表述。 四、學(xué)習(xí)資源和器材設(shè)備 電腦，實(shí)物投影儀，激光筆，平面鏡，相關(guān)課件。 五、教學(xué)過程 教 學(xué) 過 程 備課札記 引入新課： 新浪科技訊：北京時(shí)間2012年09月24日消息，據(jù)《每日郵報(bào)》報(bào)道， 2012年8月30日發(fā)射升空的美國宇航局的姊妹衛(wèi)星——輻射帶風(fēng)暴探測器捕捉到地球發(fā)出的啁啾聲和口哨聲，這是地球傳入深空的歌聲。（播放視頻動畫，讓學(xué)生聆聽地球歌聲的同時(shí)，觀察地球繞太陽的運(yùn)動。）當(dāng)代科技已經(jīng)能夠使人類走向太空，但是，其依據(jù)的基本原理卻是在牛頓時(shí)代奠定的。 新課教學(xué)： 一：歷史的回顧 （板書） 開普勒發(fā)表了行星運(yùn)動的三個(gè)定律，解決了描述行星運(yùn)動的問題，但好奇的人們，面向天穹，深情地叩問： 是什么力支配著行星繞著太陽做和諧而有規(guī)律的運(yùn)動呢？ 伽利略：一切物體都有合并的趨勢，這種趨勢導(dǎo)致物體做圓周運(yùn)動； 　　開普勒：受到了來自太陽的類似于磁力的作用。 　　笛卡兒：在行星的周圍有旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)作用在行星上，使得行星繞太陽運(yùn)動。 　　牛頓時(shí)代的科學(xué)家，如胡克、哈雷等對這個(gè)問題有了更進(jìn)一步的認(rèn)識，胡克等人認(rèn)為行星繞太陽運(yùn)動是因?yàn)槭艿搅颂枌λ囊?，甚至證明了行星軌道如果為圓形，它所受到引力的大小跟行星到太陽距離的二次方成反比。但是由于關(guān)于運(yùn)動和力的清晰的概念是在他們以后由牛頓建立的，當(dāng)時(shí)沒有這些概念，因此他們無法深入研究。 牛頓利用他的運(yùn)動定律把行星的向心加速度與太陽對它的引力聯(lián)系起來了。 不僅如此，牛頓還認(rèn)為，這種引力存在于所有物體之間，從而闡述了普遍意義下的萬有引力定律。 本節(jié)課，我們將追尋牛頓的足跡，用自己的手和腦，重新“發(fā)現(xiàn)”萬有引力定律。 二、太陽與行星間引力 （板書） （一）行星繞太陽運(yùn)動的原因 （板書） 大陽系的八大行星：水，金，地球，火，木、土，天王星、海王星。 這八大行星都是以橢圓軌道繞著太陽轉(zhuǎn)，這是德國天文學(xué)家。物理學(xué)家開普勒經(jīng)過二十多年的研究發(fā)現(xiàn)的。 問題：行星在橢圓軌道上運(yùn)動是否需要力？這個(gè)力是什么力提供的？ 學(xué)生：行星在橢圓軌道上運(yùn)動需要力，這個(gè)力可能是太陽與行星之間引力提供的。 問題：行星的實(shí)際運(yùn)動是橢圓運(yùn)動，但我們還不知道求出橢圓運(yùn)動加速度的運(yùn)動學(xué)公式，我們現(xiàn)在怎么辦？ 學(xué)生：可以簡化為圓周運(yùn)動。（猜測） 教師：多媒體展示八大行星的軌道數(shù)據(jù)： 行星 軌道半長軸（106km） 軌道半短軸（106km） 水星 57.9 56.7 金星 108.2 108.1 地球 149.6 149.5 火星 227.9 226.9 木星 778.3 777.4 土星 1427.0 1424.8 天王星 2882.3 2879.1 海王星 4523.9 4523.8 觀察八大行星的軌道半長軸與半短軸的區(qū)別并結(jié)合開普勒第二定律的內(nèi)容得到結(jié)論：行星繞太陽的運(yùn)動可以看作是勻速圓周運(yùn)動。（簡化模型） 太陽與行星之間引力提供其做圓周運(yùn)動的向心力。（板書） （二）太陽對行星的引力 （板書） 1．猜想：F與r的定量關(guān)系。 2．建模:簡化模型，按“圓”處理。 　 3．演繹與推理 設(shè)行星的質(zhì)量為m，速度為，行星到太陽的距離為r，則行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動的向心力 F＝ 天文觀測中難以直接得到行星運(yùn)動的速度，但可以得到行星公轉(zhuǎn)的周期T，它們之間的關(guān)系為 ＝ 把這個(gè)結(jié)果代入上面的向心力的表達(dá)式，整理后得到 F＝ 教師：要尋找F跟r的關(guān)系，那么表達(dá)式中就不應(yīng)該出現(xiàn)周期T，所以要設(shè)法消去上式中的T，應(yīng)該怎么消呢？ 學(xué)生：可以把開普勒第三定律變形為，代入上式得到： F＝ （1） （板書） 在這個(gè)式子中，等號右邊除了m、r以外，其余都是常量，對于任何行星來說都是相同的。因此，上面表達(dá)式可以寫成 F （板書） 教師：如果中心天體的質(zhì)量發(fā)生變化，引力F變不變呢？ 理想實(shí)驗(yàn)1：太陽質(zhì)量為M時(shí)，其對行星的引力為F,如果太陽的質(zhì)量增加為2M時(shí)，其對行星的引力為2F，顯然，F(xiàn)還應(yīng)與中心天體的質(zhì)量M有關(guān)，它們之間有什么關(guān)系呢？怎樣研究F與M的關(guān)系呢？ （三）行星對太陽的引力 （板書） 上面我們選擇行星為研究對象，研究的結(jié)果中并沒有出現(xiàn)太陽質(zhì)量M。下面我們不妨嘗試以太陽為研究對象，看看行星對太陽的引力什么特征？ 　　對于太陽對行星的引力，太陽是施力物，而根據(jù)牛頓第三定律，太陽也要受到行星大小相等，方向相反的引力作用，對于這個(gè)引力，太陽又是受力物。對稱性是許多物理規(guī)律的一個(gè)重要特性。如果太陽與行星，行星與衛(wèi)星間的引力是同種性質(zhì)的力，那么行星對太陽的引力是不是也應(yīng)該與太陽的質(zhì)量成正比呢？如果這個(gè)猜想是正確的，那么行星對太陽的引力又可以表示成什么呢？ ＝ （2） （板書） 由牛頓第三定律得出（大膽假設(shè)） （板書） （四）太陽與行星間的引力 （板書） 根據(jù)牛頓第三定律可知，F(xiàn)和的大小相等，由（1）、（2）可以得到 km=即=C （3） 將（3）代入（1）、（2）可以得到F＝ （4） 可以用令G= （4）式的結(jié)論也可以寫成 F＝ （5） （板書） 式中G是比例系數(shù)，與太陽、行星都沒有關(guān)系。 太陽與行星間引力的方向沿著二者的連線。 三、月地檢驗(yàn) （板書） （一）萬有引力的猜想 （板書） 問題：“天上”的引力與“人間”的重力是否可能為同一性質(zhì)的力？ 理想實(shí)驗(yàn)2：設(shè)想有一個(gè)蘋果大小的月球非常接近地球，以至于幾乎觸及地球上的最高的山頂，那么使這個(gè)小月球保持軌道的向心力當(dāng)然就應(yīng)該等于它在山頂處所受的的重力。如果小月球突然停止做軌道運(yùn)動，它就應(yīng)該山頂處的物體一樣以相同的速度下落。如果它所受的向心力不是重力，那么它就將在這兩種力的共同作用下以更大的速度下落，這與我們的經(jīng)驗(yàn)不符?？梢姡亓驮虑蛩艿南蛐牧κ峭恍再|(zhì)的力。 （二）月—地檢驗(yàn) （板書） 學(xué)生1：計(jì)算月球繞地球做勻速運(yùn)動圓周運(yùn)動的向心加速度a=g。 分析并綜合：地面物體所受地球的引力與月球所受地球的引力，確實(shí)是同一種力。 學(xué)生2：向全班同學(xué)講述牛頓、蘋果和萬有引力的的故事。 要點(diǎn)：蘋果在地面上加速下落是由于受重力的原因：月亮繞球地 球作圓周運(yùn)動是由于受地球引力的原因，行星繞太陽作圓月運(yùn)動是由于受太陽引力的原因。 牛頓從一只蘋果領(lǐng)悟到了自然界中有萬有引力存在，從伽利略的慣性理論和拋物運(yùn)動理論得到了月球繞地球運(yùn)動的原理，將此理論推及整個(gè)太陽系。 討論：在太陽與行星系統(tǒng)中F＝；在地球與月球系統(tǒng)中F＝，如何檢驗(yàn)兩種力是同一種性質(zhì)的力？ 四、萬有引力定律 （板書） 內(nèi)容：自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物質(zhì)的質(zhì)量M和m的乘積成正比，與它們之間距離r的二次方成反比。 （板書） 方向：沿著兩個(gè)物體的連線的方向。 大?。焊鷥蓚€(gè)物體的質(zhì)量M和m的乘積成正比，與它們之間的距離r的二次方成反比。 表達(dá)式：F＝ （板書） 適用條件：兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用。但當(dāng)兩個(gè)物體間的距離遠(yuǎn)大于物體本身的大小時(shí)，物體可以視為質(zhì)點(diǎn)，同樣適用。（板書） 意義：（1）第一次揭示了自然界中的一種基本相互作用規(guī)律（2）使人們建立了信心：人類有能力理解天地間各種事物。 討論：如何使兩物體間的萬有引力減小為原來的 ？ 學(xué)生發(fā)揮想象，各抒己見。 雖然牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，卻沒能在實(shí)驗(yàn)室直接驗(yàn)證出萬有引力的存在及其規(guī)律，人們也沒有辦法計(jì)算出兩個(gè)物體閩萬有引力的大小。萬有引力定律正確性受到了懷疑。 五、引力常量 （板書） 牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律之后100多年，即1798年，終于由卡文迪許第一個(gè)精確測量得到了上述表達(dá)式中缺少的比例系數(shù)——萬有引力常量。 學(xué)生：向全班同學(xué)講述卡文迪許是如何利用他巧妙的裝置——扭秤測出萬有引力常量。 要點(diǎn)：卡文迪許實(shí)驗(yàn)的原理，扭秤的巧妙構(gòu)思(利用動畫與實(shí)驗(yàn)說明。) 實(shí)驗(yàn)：利用激光筆和平面鏡演示光杠桿的放大原理。 G為萬有引力常量，G=6.67×10-11N.m2／kg2。 （板書） 意義：兩個(gè)質(zhì)量各為一千克的物體相距一米，它們間的萬有引力為6.67×10-11N。 G的測量證明了萬有引力的存在，“開創(chuàng)了測量弱力的新時(shí)代”，使得萬有引力定律有了真正的實(shí)用價(jià)值。 練習(xí)：估算同桌之間的萬有引力大小。 萬有引力對于科學(xué)文化發(fā)展起到了積極的推動作用，給人們探索自然的奧秘建立了極大的信心，人類有能力揭開宇宙神秘面紗的一角。 牛頓的著作——《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》是科學(xué)發(fā)展歷史過程中一個(gè)重要的里程碑，它不僅奠定了天體力學(xué)的基礎(chǔ)，而且使經(jīng)典力學(xué)形成一個(gè)體系完整、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)钠毡榈睦碚擉w系，被稱之為17世紀(jì)的物理、數(shù)學(xué)百科全書。 但是，絕對的真理是不存在的。在牛頓的時(shí)代，偉大的科學(xué)家不知原子、分子論，不知中子星、白矮星這樣大的物體，也不知元素周期表。 因此，牛頓力學(xué)在高速度，大尺寸，強(qiáng)引力情況下不適用。 小結(jié)： 經(jīng)過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們了解了萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程，知道了什么是萬有引力定律，想要進(jìn)一步應(yīng)用萬有引力定律來解決天體運(yùn)動的問題，且聽下回分解。 作業(yè): P41 2,3 創(chuàng)設(shè)情景，引起學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的興趣。 提出問題，引導(dǎo)學(xué)生閱讀、討論，發(fā)表見解。 由問題引導(dǎo)學(xué)生探究行星的運(yùn)動所需要的向心力的來源，為萬有引力的教學(xué)做好鋪墊。 引導(dǎo)學(xué)生在做出符合實(shí)際的理想化假設(shè)基礎(chǔ)上，應(yīng)用學(xué)過的牛頓定律、圓周運(yùn)動知識進(jìn)行演繹推理，得出太陽與行星間的引力。 猜想→建模→理論分析與推導(dǎo)。 學(xué)生自主推導(dǎo)，梳理推理的思路。 思考及推導(dǎo)的過程中你覺得有什么精妙的地方？ 思考及推導(dǎo)的過程中你覺得有什么疑問？ 理想實(shí)驗(yàn)定性分析，月—地檢驗(yàn)定量驗(yàn)證。 提出引力減小為原來的的問題，進(jìn)一步幫助學(xué)生認(rèn)識平方反比關(guān)系，加深對定律的理解。且本題不設(shè)定確定的答案，讓學(xué)生列舉各種方法，一方面體會控制變量的思想，另一方面培養(yǎng)學(xué)生開放的解題思堆。 做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)，演示平面鏡的光杠桿放大原理，使學(xué)生對這一原理的理解更加清晰。 通過介招牛頓力學(xué)的局限性，懂得真理的相對性，“終極真理”是不存在的，培養(yǎng)學(xué)生辯證唯物主義觀點(diǎn)。 六、板書設(shè)計(jì) 3、萬有引力定律 一：歷史的回顧 二、太陽與行星間引力 （一）行星繞太陽運(yùn)動的原因 太陽與行星之間引力提供其做圓周運(yùn)動的向心力。 （二）太陽對行星的引力 F＝ F （三）行星對太陽的引力 ＝ （四）太陽與行星間的引力 F＝ 三、月地檢驗(yàn) （一）萬有引力的猜想 重力和月球所受的向心力是同一性質(zhì)的力。 （二）月—地檢驗(yàn) 四、萬有引力定律 內(nèi)容：自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物質(zhì)的質(zhì)量M和m的乘積成正比，與它們之間距離r的二次方成反比。 表達(dá)式：F＝ 適用條件：兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用。 五、引力常量 G=6.67×10-11N.m2／kg2。 - 10 -