高一物理萬有引力教案

高一物理萬有引力教案【篇一：高中物理新課標人教版必修2優(yōu)秀教案：萬有引力定律】3萬有引力定律整體設計本節(jié)是在學習了太陽與行星間的引力之后,探究地球與月球、地球與地面上的物體之間的作用力是否與太陽與行星間的作用力是同一性質的力,從而得出了萬有引力定律.根據(jù)萬有引力定律而得到的一系列科學發(fā)現(xiàn),不僅驗證了萬有引力定律的正確性,而且表明了自然界和自然規(guī)律是可以被認識的.萬有引力定律是所有有質量的物體之間普遍遵循的規(guī)律,引力常量的測定不僅驗證了萬有引力定律的正確性,而且使得萬有引力定律能進行定量計算,顯示出真正的實用價值.教學過程中的關鍵是對萬有引力定律公式的理解,知道公式的適用條件.教師可靈活采用教學方法以便加深對知識的理解,比如講授法、討論法.教學重點萬有引力定律的理解及應用.教學難點萬有引力定律的推導過程.課時安排1課時三維目標知識與技能1.了解萬有引力定律得出的思路和過程.2.理解萬有引力定律的含義并掌握用萬有引力定律計算引力的方法.3.記住引力常量g并理解其內涵.過程與方法1.了解并體會科學研究方法對人們認識自然的重要作用.2.認識卡文迪許實驗的重要性,了解將直接測量轉化為間接測量這一科學研究中普遍采用的重要方法.情感態(tài)度與價值觀通過牛頓在前人的基礎上發(fā)現(xiàn)萬有引力的思想過程,說明科學研究的長期性、連續(xù)性及艱巨性.教學過程導入新課故事導入.這節(jié)課我們將共同“推導”一下萬有引力定律.復習導入??橢圓軌道定律??復習舊知：1.開普勒三大定律?面積定律?3a?周期定律:?k2?t??:f??太陽對行星的引力??2.太陽與行星間的引力?行星對太陽的引力:f???:f?太陽與行星間的引力?mrr?2m2mmr2或f?gmmr2太陽對行星的引力使得行星圍繞太陽運動，月球圍繞地球運動，是否能說明地球對月球有引力作用?拋出的物體總要落回地面，是否說明地球對物體有引力作用？推進新課課件展示：畫面3:人造衛(wèi)星圍繞地球運動.畫面4:地面上的人向上拋出物體,物體總落回地面.問題探究1.行星為何能圍繞太陽做圓周運動?2.月球為什么能圍繞地球做圓周運動?3.人造衛(wèi)星為什么能圍繞地球做圓周運動?4.地面上物體受到的力與上述力相同嗎?5.根據(jù)以上四個問題的探究,你有何猜想?教師提出問題后,讓學生自由討論交流.明確：1.太陽對行星的引力使得行星保持在繞太陽運行的軌道上.2.月球、地球也是天體,運動情況與太陽和行星類似,因此猜想是地球對月球的吸引使月球保持在繞地球運行的軌道上.3.人造衛(wèi)星繞地球運動與月球類似,也應是地球對人造衛(wèi)星的引力使人造衛(wèi)星保持在繞地球運行的軌道上.想和假設,再引入合理的模型,需要深刻的洞察力、嚴謹?shù)臄?shù)學處理和邏輯思維,常常是一個充滿曲折和艱辛的過程.進行情感態(tài)度與價值觀的教育.二、萬有引力定律通過以上內容的學習,我們知道:太陽與行星間有引力作用,地球與月球間有引力作用,地球與地面上的物體間也有引力作用.問題1：地面上的物體之間是否存在引力作用?組織學生交流討論,大膽猜想.可能性1：不存在.原因:太陽對行星的引力使行星圍繞太陽做圓周運動,地球對月球或衛(wèi)星的引力也是如此,地球對地面上物體的引力使物體靠在地面上,上拋之后還要落回.若兩個物體之間有引力,那些引力既沒使一個物體圍繞另一個物體轉動,也沒有使兩個物體緊貼在一起,故此力不存在.可能性2：此力存在.原因:太陽、行星、地球、月球、衛(wèi)星、物體,均是有質量的物體,太陽與行星間,地球與月球或衛(wèi)星間.地球與物體間均存在這種引力,說明這種引力是有質量的物體普遍存在的,故兩個物體之間應該有引力.問題2：若兩個物體間有引力作用,為何兩個物體沒有在引力作用下緊靠在一起?參考解釋：“天上”“人間”的力是同性質的力，滿足f∝mmr2定律.地面上的物體質量比起天體來說太小了，這個力我們根本覺察不到.兩物體之所以未吸在一起是因為兩物體間的力太小,不足以克服摩擦阻力或空氣阻力.任意兩個物體之間都存在著相互引力.點評：對上述內容在教學過程中,教師可靈活采用教學方法,可用“辯論賽”的方式讓持兩種觀點的學生代表闡述自己的觀點及依據(jù)，然后對方提出問題進行互辯，此過程讓一般同學作補充說明，一直到一個觀點被另一個觀點擊敗為止.這樣可提高學生處理問題的綜合?能力.?問題：1.用自己的話總結萬有引力定律的內容.2.根據(jù)太陽與行星間引力的表達式,寫出萬有引力定律的表達式.3.表達式中g的單位是怎樣的?學生思考后回答.總結：1.內容:自然界中任何兩個物體都相互吸引,引力的大小與物體的質量m1和m2的乘積成正比,與它們之間距離r的二次方成反比.2.表達式:由f=gmmr2(m:太陽質量,m:行星的質量)得出:f=gm1m2r2(m1:物體1的質量,m2:物體2的質量)fr23.由f=gm1m2r2?g?m1m2合作探究對萬有引力定律的理解：1.萬有引力的普遍性.因為自然界中任何兩個物體都相互吸引,所以萬有引力不僅存在于星球間,任何有質量的物體之間都存在著相互作用的吸引力.2.萬有引力的相互性.因為萬有引力也是力的一種,力的作用是相互的,具有相互性,符合牛頓第三定律.3.萬有引力的宏觀性.在通常情況下,萬有引力非常小,只有質量巨大的星球間或天體與天體附近的物體間,它的存在才有實際的物理意義,故在分析地球表面物體受力時,不考慮地面物體之間的萬有引力,只考慮地球對地面物體的引力.知識拓展萬有引力定律的適用條件:1.公式適用于質點間引力大小的計算.2.對于可視為質點的物體間的引力求解也可以利用萬有引力公式.如兩物體間距離遠大于物體本身大小時,物體可看成質點.說明：均勻球體可視為質量集中于球心的質點.3.當研究對象不能看成質點時,可以把物體假想分割成無數(shù)個質點,求出兩個物體上每個質點與另一個物體上所有質點的萬有引力,然后求合力.三、引力常量的測量引導學生設計測量引力常量的方法并交流,然后教師介紹卡文迪許實驗方法,通過課件展示卡文迪許的扭秤裝置,讓學生觀察體會實驗裝置的巧妙.實驗介紹：1798年，英國物理學家卡文迪許在實驗室里利用“扭秤”，通過幾個鉛球之間萬有引力的測量，比較準確地得出了引力常量g的數(shù)值.課件展示：卡文迪許的“扭秤”實驗裝置.扭秤實驗裝置結構圖圖中t形框架的水平輕桿兩端固定兩個質量均為m的小球,豎直部分裝有一個小平面鏡,上端用一根石英細絲將這桿扭秤懸掛起來,每個質量為m的小球附近各放置一個質量均為m的大球,用一束光射入平面鏡.由于大、小球之間的引力作用,?t?形框架將旋轉,當引力力矩和金屬絲的扭轉力矩相平衡【篇二：高一物理必修2萬有引力與航天教案】高一物理必修2萬有引力與航天教案第一節(jié)行星的運動【教學目標】知識與技能1、知道地心說和日心說的基本內容。2、知道所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。3、知道所有行星的軌道的半長軸的三次方跟它的公轉周期的二次方的比值都相等，且這個比值與行星的質量無關，但與太陽的質量有關。4、理解人們對行星運動的認識過程是漫長復雜的，真理是來之不易的。過程與方法情感態(tài)度與價值觀1、澄清對天體運動神秘模糊的認識，掌握人類認識自然規(guī)律的科學方法。2、感悟科學是人類進步不竭的動力?！窘虒W重點】開普勒行星運動定律【教學難點】對開普勒行星運動定律的理解和應用【教學課時】1課時【探究學習】一、人類認識天體運動的歷史1、地心說的內容及代表人物：2、日心說的內容及代表人物：二、開普勒行星運動定律的內容開普勒第一定律：。開普勒第二定律：。開普勒第三定律：。即：在高中階段的學習中，多數(shù)行星運動的軌道能夠按圓來處理。引入新課多媒體演示：天體運動的圖片瀏覽。在浩瀚的宇宙中有無數(shù)大小不一、形態(tài)各異的天體，如月亮、地球、太陽、夜空中的星星……由這些天體組成的廣袤無限的宇宙始終是我們渴望了解、不斷探索的領域。人們對行星運動的認識過程是漫長復雜的，歷史上有過不同的看法，科學家對此進行了不懈的探索，通過本節(jié)內容的學習，將使我們正確地認識行星的運動。新課講解一、古代對行星運動規(guī)律的認識問1：．古人對天體運動存在哪些看法?地心說和日心說．問2．什么是地心說?什么是日心說?地心說認為地球是宇宙的中心，是靜止不動的，大陽、月亮以及其他行星都繞地球運動，日心說則認為太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽運動．地心說的代表人物：托勒密(古希臘)．地心說符合人們的直接經驗，同時也符合勢力強大的宗教神學關于地球是宇宙中心的認識，故地心說一度占據(jù)了統(tǒng)治地位．問3：日心說戰(zhàn)勝了地心說，請閱讀第《人類對行星運動規(guī)律的認識》，找出地心說遭遇的尷尬和日心說的成功之處．地心說所描述的天體的運動不僅復雜而且問題很多，如果把地球從天體運動的中心位置移到一個普通的、繞太陽運動的位置，換一個角度來考慮天體的運動，許多問題都可以解決，行星運動的描述也變得筒單了．日心說代表人物：哥白尼，日心說能更完美地解釋天體的運動．二、開普勒行星運動三定律問1：古人認為天體做什么運動?古人把天體的運動看得十分神圣，他們認為天體的運動不同于地面物體的運動，天體做的是最完美、最和諧的勻速圓周運動．問2：開普勒認為行星做什么樣的運動?他是怎樣得出這一結論的?開普勒認為行星做橢圓運動．他發(fā)現(xiàn)假設行星傲勻逮圓周運動，計算所得的數(shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)不符，只有認為行星做橢圓運動，才能解釋這一差別．問3：開普勒行星運動定律哪幾個方面描述了行星繞太陽運動的規(guī)律?具體表述是什么?開普勒行星運動定律從行星運動軌道，行星運動的線速度變化，軌道與周期的關系三個方面揭示了行星運動的規(guī)律．（多媒體播放行星繞橢圓軌道運動的課件）開普勒第一定律：所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上．問4：這一定律說明了行星運動軌跡的形狀，不同的行星繞大陽運行時橢圓軌道相同嗎?不同．[教材做一做]可以用一條細繩和兩圖釘來畫橢圓．如圖7．1-l所示，把白紙鎬在木板上，然后按上圖釘．把細繩的兩端系在圖釘上，用一枝鉛筆緊貼著細繩滑動，使繩始終保持張緊狀態(tài)．鉛筆在紙上畫出的軌跡就是橢圓，圖釘在紙上留下的痕跡叫做橢圓的焦點．想一想，橢圓上某點到兩個焦點的距離之和與橢圓上另一點到兩個焦點的距離之和有什么關系?開普勒第二定律：對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等時間內掃過相等的面積．問5：如圖7.1-2所示，行星沿著橢圓軌道運行，太陽位于橢圓的一個焦點上行星在遠日點的速率與在近日點的速率誰大？因為相等時間內面積相等，所以近日點速率大。開普勒第三定律：所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟公轉周期的平方的比值都相等．（如圖7．1-l）（投影九大行星軌道圖或見教材頁圖7.1-3）問6：由于行星的橢圓軌道都跟圓近似，在中學階段研究中按圓處理，開普勒三定律適用于圓軌道時，應該怎樣表述呢?1、多數(shù)大行星繞太陽運動軌道半徑十分接近圓，太陽處在圓心上。2、對某一行星來說，它繞太陽做圓周運動的角速度（或線速度）不變。3、所有行星的軌道半徑的三次方跟它的公轉周期的平方的比值都相等．若用r代表軌道半徑，t代表公轉周期，開普勒第三定律可以用下面的公式表示：比值k是一個與行星無關的恒量。參考資料：給出太陽系九大行星平均軌道半徑和周期的數(shù)值，供課后驗證。問7：這一定律發(fā)現(xiàn)了所有行星的軌道的半長軸與公轉周期之間的定量關系，比值k是一個與行星無關的常量，你能猜想出它可能跟誰有關嗎根據(jù)開普勒第三定律知：所有行星繞太陽運動的半長軸的三次方跟公轉周期二次方的比值是一個常數(shù)k，可以猜想，這個k一定與運動系統(tǒng)的物體有關．因為常數(shù)k對于所有行星都相同，而各行星是不一樣的，故跟行星無關，而在運動系中除了行星就是中心天體--太陽，故這一常數(shù)k一定與中心天體--太陽有關．說明：開普勘定律不僅適用于行星繞大陽運動，也適用于衛(wèi)星繞著地球轉，k是一個與行星質量無關的常量，但不是恒量，在不同的星系中，k值不相同。k與中心天體有關?！菊n堂訓練】例1關于行星的運動以下說法正確的是（）a．行星軌道的半長軸越長，自轉周期就越長b．行星軌道的半長軸越長，公轉周期就越長c．水星軌道的半長軸最短，公轉周期就最長d．冥王星離太陽最遠，公轉周期就最長2.為什么說曲線運動一定是變速運動?分析：由開普勒第三定律可知，a越大，t越大，故bd正確，c錯誤；式中的t是公轉周期而非自轉周期，故a錯。答案：bd例2已知木星繞太陽公轉的周期是地球繞太陽公轉周期的12倍。則木星繞太陽公轉軌道的半長軸為地球公轉軌道半長軸的倍。思維入門指導：木星和地球均為繞太陽運行的行星，可利用開普勒第三定律直接求解。本題考查開普勒第三定律的應用。解：由開普勒第三定律可知：對地球：對木星所以點撥：在利用開普勒第三定律解題時，應注意它們的比值中的k是一個與行星運動無關的常量。例3已知地球繞太陽作橢圓運動。在地球遠離太陽運動的過程中，其速率越來越小，試判斷地球所受向心力如何變化。若此向心力突然消失，則地球運動情況將如何？思維入門指導：行星的運動為曲線運動，因此本節(jié)知識常常和曲線運動知識相綜合。解：由于地球在遠離太陽運動的過程中，其速率減小，據(jù)牛頓第二定律有，，由開普勒第二定律知，地球在遠離太陽運動的過程中角速度（單位時間內地球與太陽的連線掃過的角度）也減小，故向心力減小。若此向心力突然消失，則地球將沿軌道的切線方向做離心運動。點撥：地球繞太陽的運動雖然并非勻速圓周運動，但向心力公式仍適用。任一時刻，地球的速度方向均沿橢圓的切線方向?！菊n堂小結】教師活動：讓學生概括總結本節(jié)的內容。請一個同學到黑板上總結，其他同學在筆記本上總結，然后請同學評價黑板上的小結內容。學生活動：認真總結概括本節(jié)內容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，看誰的更好，好在什么地方。點評：總結課堂內容，培養(yǎng)學生概括總結能力。教師要放開，讓學生自己總結所學內容，允許內容的順序不同，從而構建他們自己的知識框架。本節(jié)學習的是開普勒行星運動的三定律，其中第一定律反映了行星運動的軌跡是橢圓，第二定律描述了行星在近日點的速率最小，在遠日點的速率最大，第三定律揭示了軌道半長軸與公轉周期的定量關系．在近似計算中可以認為行星都以太陽為圓心做勻速圓周運動?！酒焊咧形锢怼度f有引力定律的應用》教案(1)】萬有引力定律的應用【教育目標】一、知識目標1．了解萬有引力定律的重要應用。2．會用萬有引力定律計算天體的質量。3．掌握綜合運用萬有引力定律和圓周運動等知識分析具體問題的基本方法。二、能力目標通過求解太陽、地球的質量，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力。三、德育目標利用萬有引力定律可以發(fā)現(xiàn)未知天體，讓學生懂得理論來源于實踐，反過來又可以指導實踐的辯證唯物主義觀點?！局攸c、難點】一、教學重點對天體運動的向心力是由萬有引力提供的理解二、教學難點如何根據(jù)已有條件求中心天體的質量【教具準備】太陽系行星運動的掛圖和flash動畫、ppt課件等?！窘滩姆治觥窟@節(jié)課通過對一些天體運動的實例分析，使學生了解：通常物體之間的萬有引力很小，常常覺察不出來，但在天體運動中，由于天體的質量很大，萬有引力將起決定性作用，對天文學的發(fā)展起了很大的推動作用，其中一個重要的應用就是計算天體的質量。在講課時，應用萬有引力定律有兩條思路要交待清楚.?1.把天體（或衛(wèi)星）的運動看成是勻速圓周運動，即f引=f向，用于計算天體（中心體）的質量，討論衛(wèi)星的速度、角速度、周期及半徑等問題.?2.在地面附近把萬有引力看成物體的重力，即f引=mg.主要用于計算涉及重力加速度的問題。這節(jié)內容是這一章的重點，這是萬有引力定律在實際中的具體應用.主要知識點就是如何求中心體質量及其他應用，還是可發(fā)現(xiàn)未知天體的方法。【教學思路設計】本節(jié)教學是本章的重點教學章節(jié)，用萬有引力定律計算中心天體的質量，發(fā)現(xiàn)未知天體顯示了該定律在天文研究上的重大意義。本節(jié)內容有兩大疑點：為什么行星運動的向心力等于恒星對它的萬有引力？衛(wèi)星繞行星運動的向心力等于行星對它的萬有引力？我的設計思想是，先由運動和力的關系理論推理出行星（衛(wèi)星）做圓周運動的向心力來源于恒星（行星）對它的萬有引力，然后通過理論推導，讓學生自行應用萬有引力提供向心力這個特點來得到求中心天體的質量和密度的方法，并知道在具體問題中主要考慮哪些物體間的萬有引力；最后引導閱讀相關材料了解萬有引力定律在天文學上的實際用途。本節(jié)課我采用了“置疑－啟發(fā)—自主”式教學法。教學中運用設問、提問、多媒體教學等綜合手段，體現(xiàn)教師在教學中的主導地位。同時根據(jù)本節(jié)教材的特點，采用學生課前預習、查閱資料、課堂提問；師生共同討論總結、數(shù)理推導、歸納概括等學習方法，為學生提供大量參與教學活動的機會，積極思維，充分體現(xiàn)教學活動中學生的主體地位?！窘虒W過程設計】一、溫故知新，引入新課教師：1、物體做圓周運動的向心力公式是什么？2、萬有引力定律的內容是什么，如何用公式表示？3、萬有引力和重力的關系是什么？重力加速度的決定式是什么？【引導學生觀看太陽系行星運動掛圖和flash動畫】教師：根據(jù)前面我們所學習的知識，我們知道了所有物體之間都存在著相互作用的萬有引力，而且這種萬有引力在天體這類質量很大的物體之間是非常巨大的。那么為什么這樣巨大的引力沒有把天體拉到一起呢？【設疑過渡】教師：由運動和力的關系來解釋：因為天體都是運動的，比如恒星附近有一顆行星，它具有一定的速度，根據(jù)牛頓第一定律，如果不受外力，它將做勻速直線運動?，F(xiàn)在它受到恒星對它的萬有引力，將偏離原來的運動方向。這樣，它既不能擺脫恒星的控制遠離恒星，也不會被恒星吸引到一起，將圍繞恒星做圓周運動。此時，行星做圓周運動的向心力由恒星對它的萬有引力提供。本節(jié)課我們就來學習萬有引力在天文學上的應用。二、明確本節(jié)目標1．了解萬有引力定律在天文學上的重要應用。2．會用萬有引力定律計算天體的質量。3．掌握綜合運用萬有引力定律和圓周運動等知識分析具體問題的基本方法。三、重點、難點的學習與目標完成過程1．理論思想的建立教師：通過前面學過的知識和剛才的理論推測，我們研究天體運動的基本方法是什么？學生：（思考后回答）應該抓住恒星對行星的萬有引力做行星圓周運動的向心力這一根本點去進行處理。教師：（大屏幕投影動畫，加深學生感性認識和理解能力）教師：能否用我們學過的圓周運動知識求出天體的質量和密度呢？【自然過渡，進入定量運算過程】2．天體質量的計算教師：如果我們知道了一個衛(wèi)星繞行星運動的周期，知道了衛(wèi)星運動的軌道半徑，能否求出行星的質量呢？學生：由物體做圓周運動的動力學條件，列式可求。教師：此時知道行星的圓周運動周期，其向心力公式用哪個好呢？【引導學生自行推導，然后在大屏幕上演示推導過程】設行星的質量為m.根據(jù)萬有引力提供行星繞太陽運動的向心力，有：?mmf向=f萬有引力=g2?m?2rrmm2?即g2?m()2rtr4?2r3m?gt2教師：這個質量表示的是做圓周運動的行星的質量嗎？學生：是中心天體的質量?！居懻摗?、要計算太陽的質量，你需要哪些數(shù)據(jù)？2、要計算地球的質量，你需要哪些數(shù)據(jù)？3．天體密度的計算教師：能否用推導出中心天體的密度呢？【提示】想一想，天體的體積容易求解出來嗎？【教師在學生思考后利用大屏幕演示推導方法】m4?2r3/gt23?r3????233vgtr?r3教師：從實際情況來考慮，有什么更好的方法來進行測量嗎？學生：公式里的r和r如果能約掉，即讓衛(wèi)星繞行星貼著表面運動即可。m4?2r3/gt23?r33??????2323vgtrgt?r3總結：方法是發(fā)射衛(wèi)星到該天體表面做近地運轉，測出繞行周期3．實例應用：海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)讓學生閱讀教材內容，認識萬有引力定律在天文學上的實際應用。四、課堂練習1、本節(jié)第二節(jié)介紹牛頓如何在開普勒第三定律的基礎上推導出萬有引力的思路。通過本節(jié)的學習，請證明，所有行星繞太陽運轉其軌道半徑的立方和運轉周期的平方的比值即r3/t2是一個常量。2、密封艙在離月球表面112km的空中沿圓形軌道運行，周期是120.5min，月球的半徑是1740km，根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算月球的質量和平均密度。3