63萬(wàn)有引力定律(教案).doc

南莫中學(xué)2012年高一物理導(dǎo)學(xué)案 萬(wàn)有引力與航天 策劃：楊傳龍 審核：徐平6.3萬(wàn)有引力定律【教學(xué)目標(biāo)】1了解萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)的思路和過(guò)程，知道地球上的重物下落與天體運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一性2指導(dǎo)萬(wàn)有引力是一種存在于所有物體之間的吸引力，知道萬(wàn)有引力定律的適用范圍3會(huì)用萬(wàn)有引力定律解決簡(jiǎn)單的引力計(jì)算問(wèn)題，知道萬(wàn)有引力定律公式中r的物理意義，了解引力常量G的測(cè)定在科學(xué)歷史上的重大意義4了解萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)的意義，體會(huì)在科學(xué)規(guī)律發(fā)現(xiàn)過(guò)程中猜想與求證的重要性【教學(xué)重、難點(diǎn)】1月-地檢驗(yàn) 2理解萬(wàn)有引力定律【教學(xué)課時(shí)】1課時(shí)【教具準(zhǔn)備】計(jì)算機(jī)、投影儀等多媒體教學(xué)設(shè)備【教學(xué)設(shè)計(jì)】課前預(yù)學(xué)一、預(yù)學(xué)能掌握的內(nèi)容1對(duì)于萬(wàn)有引力定律的表達(dá)式，下列說(shuō)法中正確的是 （ ）A公式中G為引力常量，它是由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的，而不是人為規(guī)定的B當(dāng)r趨近于0時(shí)，萬(wàn)有引力趨近于無(wú)窮大Cm1、m2受到的引力總是大小相等、方向相反，是一對(duì)平衡力D公式中的F應(yīng)理解為m1、m2所受引力之和2世界上第一個(gè)比較準(zhǔn)確地測(cè)出引力常量的科學(xué)家是 ( )A伽利略 B托里拆利 C牛頓 D卡文迪許3隕石落向地球是因?yàn)?( )A隕石對(duì)地球的引力遠(yuǎn)小于地球?qū)﹄E石的引力B隕石對(duì)地球的引力和地球?qū)﹄E石的引力大小相等，但隕石的質(zhì)量小，加速度大，所以改變運(yùn)動(dòng)方向落向地球C太陽(yáng)不再吸引隕石，所以隕石落向地球D隕石是在受到其它星球斥力作用后落向地球的4萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容： 5表達(dá)式： 6G= 二、預(yù)學(xué)中的疑難問(wèn)題 課堂互動(dòng)一、復(fù)習(xí)導(dǎo)入教師活動(dòng)：通過(guò)上節(jié)的分析，我們已經(jīng)知道太陽(yáng)與行星間的引力規(guī)律，那么：1行星為什么能夠繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)而不會(huì)飛離太陽(yáng)？2行星與太陽(yáng)間的引力與什么因素有關(guān)？3可以根據(jù)哪些已知規(guī)律推導(dǎo)出太陽(yáng)與行星間的引力遵從的是什么樣的規(guī)律？4公式中的G是比例系數(shù)，F(xiàn)是太陽(yáng)和行星之間的引力，正是太陽(yáng)和行星之間的引力使得行星不能飛離太陽(yáng)那么大家想到過(guò)，又是什么力使得地面的物體不能離開地球，總要落回地面呢？為了研究這個(gè)問(wèn)題，下面我們繼續(xù)來(lái)體驗(yàn)一下：牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的思維過(guò)程學(xué)生活動(dòng)：（引導(dǎo)學(xué)生回答，教師及時(shí)糾正補(bǔ)充）行星與太陽(yáng)間的引力提供行星繞太陽(yáng)做近似圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，從而使得行星不能飛離太陽(yáng)行星與太陽(yáng)間的引力F與太陽(yáng)和行星之間的距離r，行星質(zhì)量m和太陽(yáng)質(zhì)量M有關(guān)根據(jù)開普勒第一、第二定律和牛頓第三定律推出太陽(yáng)與行星間的引力遵從的規(guī)律：設(shè)計(jì)說(shuō)明：通過(guò)上述回憶性問(wèn)題，旨在讓學(xué)生回憶上節(jié)課內(nèi)容，回顧萬(wàn)有引力定律“發(fā)現(xiàn)之旅”前半程，從而為下半程“之旅”奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而引出新課二、進(jìn)行新課1展示八大行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)、月球圍繞地球運(yùn)動(dòng)、蘋果落地，并思考：探究討論：為什么行星不會(huì)飛離太陽(yáng)? 太陽(yáng)與行星間的引力滿足什么關(guān)系？為什么月球也不會(huì)飛離地球呢？為什么蘋果會(huì)落地？以上幾個(gè)力有無(wú)相似之處？2“品味”牛頓的思考及牛頓的猜想思考：地球和月球之間的吸引力會(huì)不會(huì)與地球吸引蘋果的力是同一種力？思考：即使在最高的建筑物上和最高的山頂上，重力都不會(huì)有明顯的減弱那么地球表面的重力能否延伸到很遠(yuǎn)的地方，會(huì)不會(huì)作用到月球上？思考：拉住月球使它繞地球運(yùn)動(dòng)的力，與拉著蘋果使它下落的力，以及眾行星與太陽(yáng)之間的作用力也許真的是同一種力，遵循相同的規(guī)律?核心解讀：牛頓的猜想：這些力是同一種性質(zhì)的力，并且都遵從與距離的平方成反比的規(guī)律2月地檢驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“月地檢驗(yàn)”的內(nèi)容思考問(wèn)題：月地檢驗(yàn)的目的是什么？月地檢驗(yàn)的驗(yàn)證原理是什么？已知地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，月球繞地球運(yùn)動(dòng)的周期為27.3天，地球半徑為R =6.4106m，r=60R，試?yán)锰峁┬畔⑼ㄟ^(guò)計(jì)算，證明提出的猜想教師活動(dòng)：設(shè)質(zhì)量為m的物體在月球的軌道上運(yùn)動(dòng)的加速度（月球公轉(zhuǎn)的向心加速度）為a，則，r=60R，得代入數(shù)據(jù)解得 典例導(dǎo)學(xué)：例1 地球表面重力加速度g0=9.8 m/s2，忽略地球自轉(zhuǎn)的影響，在距離地面高度h=1.0103m的空中重力加速度g與g0的比值多大？取地球半徑R=6.37106 m 分析：由于忽略自轉(zhuǎn)的影響，物體所受的重力和地球?qū)λ娜f(wàn)有引力相等解析：教師點(diǎn)評(píng)：（1）利用物體重力和萬(wàn)有引力相等，（2）比值法的運(yùn)用3萬(wàn)有引力定律探究活動(dòng)：把太陽(yáng)與行星之間、地球與月球之間、地球與地面物體之間的引力遵從的規(guī)律推廣到宇宙萬(wàn)物之間，是否可行？請(qǐng)發(fā)表自己的見(jiàn)解萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容是什么？寫出表達(dá)式并注明每個(gè)符號(hào)的單位和物理意義思考：兩個(gè)中學(xué)生之間的引力有多大分析：設(shè)兩個(gè)中學(xué)生的質(zhì)量都為50 kg，相距 0.5 m解析：教師點(diǎn)評(píng)：體會(huì)引力的大小核心解讀：引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)對(duì)萬(wàn)有引力的進(jìn)一步理解：萬(wàn)有引力的普遍性萬(wàn)有引力存在于任何兩個(gè)物體之間，只不過(guò)一般物體的質(zhì)量與星球相比太小了，他們之間的萬(wàn)有引力也非常小，完全可以忽略不計(jì)萬(wàn)有引力的相互性兩個(gè)物體間相互作用的引力是一對(duì)作用力與反作用力，符合牛頓第三定律萬(wàn)有引力的獨(dú)立性兩個(gè)物體間的萬(wàn)有引力和物體所在的空間及其他物體存在無(wú)關(guān)萬(wàn)有引力的宏觀性微觀粒子由于質(zhì)量都非常小，粒子間的萬(wàn)有引力很不顯著，可忽略不計(jì)，通常情況下物體間的引力非常小，一般可忽略不計(jì)，只有質(zhì)量巨大的天體之間或天體與一般物體之間的萬(wàn)有引力才有宏觀上的意義4引力常量探究活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，思考問(wèn)題：、引力常量的單位是什么？、引力常量是由哪位物理學(xué)家測(cè)出的，它的數(shù)值是多大？教師活動(dòng)：展示課件，引導(dǎo)學(xué)生了解卡文迪許的扭秤實(shí)驗(yàn)：、介紹實(shí)驗(yàn)的原理、引力常量的測(cè)定有何實(shí)際意義？典例導(dǎo)學(xué)：例2如圖為卡文迪許測(cè)定引力常量的實(shí)驗(yàn)示意圖，關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)正確的說(shuō)法有（ ）A此裝置須放在密閉的室內(nèi)進(jìn)行BT型架由細(xì)繩懸掛著CT型架扭轉(zhuǎn)角時(shí)，由平面鏡M反射的光線也轉(zhuǎn)動(dòng)角D卡文迪許測(cè)量的G值等于6.6710-11Nm2/Kg2教師點(diǎn)評(píng)：（1）注意觀察實(shí)驗(yàn)裝置（2）分析實(shí)驗(yàn)條件（3）物理學(xué)史例3如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為M的勻質(zhì)實(shí)心球，半徑為R，如果從球上挖上一個(gè)半徑為r的球，放在相距d的地方求兩球之間的引力為多大？分析：如果不挖去，兩球體間的引力多大？注意運(yùn)用合成和分解的思想解析：教師點(diǎn)評(píng)：考查數(shù)學(xué)上挖、補(bǔ)的思想拓展思考：挖去后形成的空心球體的重心位置有沒(méi)有變化？如果沒(méi)有變化，怎樣計(jì)算空心球體和實(shí)心球體間的引力？隨堂訓(xùn)練1地球?qū)υ虑蛴邢喈?dāng)大的萬(wàn)有引力，為什么它們不靠在一起，其原因是 ( )A不僅地球?qū)υ虑蛴腥f(wàn)有引力，而且月球?qū)Φ厍蛞灿腥f(wàn)有引力，這兩個(gè)力大小相等，方向相反，互相平衡了B萬(wàn)有引力不斷改變?cè)虑虻倪\(yùn)動(dòng)方向，使得月球繞地球運(yùn)行C不僅地球?qū)υ虑蛴腥f(wàn)有引力，而且太陽(yáng)系里其他星球?qū)υ虑蛞灿腥f(wàn)有引力，這些力的合力等于零D地球?qū)υ虑虻囊€不算大2火箭在高空某處所受的地球引力為它在地面處所受引力的一半，則火箭離地面的高度應(yīng)是地球半徑的幾倍？ 三、課堂小結(jié)一、月地檢驗(yàn) 1、猜想 2、 驗(yàn)證 3、 結(jié)論二、萬(wàn)有引力定律 1、內(nèi)容 2、表達(dá)式 3、使用條件 三、引力常量的測(cè)量 1、原理介紹 2、實(shí)驗(yàn)測(cè)量 3、過(guò)程體驗(yàn) 四、板書設(shè)計(jì)6.3萬(wàn)有引力定律一、月-地檢驗(yàn)1思考2例1二、萬(wàn)有引力定律1內(nèi)容：2表達(dá)式：引力常量：3理解：普遍性相互性獨(dú)立性宏觀性4例2三、引力常量1實(shí)驗(yàn)裝置、原理2G= 6.6710-11Nm2/Kg23引力常量的意義4例3課后提升1關(guān)于萬(wàn)有引力定律的正確說(shuō)法是( )A天體間萬(wàn)有引力與它們的質(zhì)量成正比，與它們之間的距離成反比B任何兩個(gè)物體都是相互吸引的，引力的大小跟兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離平方成反比C萬(wàn)有引力與質(zhì)量、距離和萬(wàn)有引力恒量都成正比D萬(wàn)有引力定律對(duì)質(zhì)量大的物體適用，對(duì)質(zhì)量小的物體不適用2下列說(shuō)法正確的是( )A萬(wàn)有引力定律是卡文迪許發(fā)現(xiàn)的B中的G是一個(gè)比例常數(shù)，是沒(méi)有單位的C萬(wàn)有引力定律只是嚴(yán)格適用于兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間D兩物體引力的大小與質(zhì)量成正比，與此兩物間距離平方成反比3近地人造衛(wèi)星1和2繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期分別為和，設(shè)在衛(wèi)星1、衛(wèi)星2各自所在的高度上的重力加速度大小分別為、，則：（ ）A BC D4引力常量很小，說(shuō)明了（ ）A萬(wàn)有引力很小 B萬(wàn)有引力很大C很難觀察到日常接觸的物體間有萬(wàn)有引力，是因?yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量很小D只有當(dāng)物體的質(zhì)量大到一定程度時(shí)，物體之間才有萬(wàn)有引力5要使兩物體間的萬(wàn)有引力減小到原來(lái)的1/4，下列辦法不可采用的是（ ）A使兩物體的質(zhì)量各減小一半，距離不變B使其中一個(gè)物體的質(zhì)量減小到原來(lái)的1/4，距離不變C使兩物體間的距離增為原來(lái)的2倍，質(zhì)量不變D使兩物體間的距離和質(zhì)量都減為原來(lái)的1/46如果認(rèn)為行星圍繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是（ ）A行星受到太陽(yáng)的萬(wàn)有引力，萬(wàn)有引力提供行星圓周運(yùn)動(dòng)的向心力B行星受到太陽(yáng)的萬(wàn)有引力，行星運(yùn)動(dòng)不需要向心力C行星受到太陽(yáng)的萬(wàn)有引力與它運(yùn)動(dòng)的向心力不等D行星同時(shí)受到太陽(yáng)的萬(wàn)有引力和向心力7地球的質(zhì)量為5.891024kg，月球的質(zhì)量是7.271022kg，月球表面到地球的距離是3.84108m，月球的半徑為1.68106m，則月球表面上質(zhì)量為60kg的人，受到地球的引力為 ，受到月球的引力為 8假設(shè)火星和地球都是球體火星的質(zhì)量為,地球的質(zhì)量為,兩者質(zhì)量之比為；火星的半徑為,地球的半徑為,兩者半徑之比為求它們表面處的重力加速度之比9如圖所示，質(zhì)量為M、半徑為R、密度均勻的球體表面R遠(yuǎn)處有一質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)，此時(shí)M對(duì)m的萬(wàn)有引力為F1，當(dāng)從M中挖去一個(gè)半徑為rR的球體時(shí)，剩下部分對(duì)m的萬(wàn)有引力為F2則F1:F2?10假如地球自轉(zhuǎn)速度達(dá)到赤道上的物體“飄”起（即完全失重），那么估算一下，地球上一天等于多少？（地球半徑取，結(jié)果取兩位有效數(shù)字）參考答案課前預(yù)學(xué)1A 2D 3B4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，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2的乘積成正比，與它們之間距離r的二次方成反比5 6G= 6.6710-11Nm2/Kg2 例1解析：mg=Gmg0