【物理】萬有引力定律教學設計 2024-2025學年高一下學期物理人教版（2019）必修第二冊

《萬有引力定律》教案設計課程時長：45分鐘核心素養(yǎng)核心素養(yǎng)核心素養(yǎng)維度具體培養(yǎng)目標物理觀念理解萬有引力的普適性，建立“引力場“質量與距離的平方反比關系”等概念，能用分析實際問題?？茖W思維通過牛頓的“月地檢驗”和引力公式推導，體會理想化模型、類比推理和數(shù)學演繹的科學思維方法?？茖W探究通過分折卡文迪什扭秤實驗的設計原理，學習如何通過實驗驗證理論，培養(yǎng)實驗設計與數(shù)據(jù)分析能力科學態(tài)度與責任感悟科學家的創(chuàng)新精神(如牛頓綜合天體與地科學態(tài)度與責位面運動規(guī)律)，認識萬有引力定律對航天技術、天文探測的深遠影響。教學重難點教學重難點-重點：1.萬有引力定律的內容及公式推導。2.月地檢驗的邏輯推理過程。3.萬有引力常量(G)的物理意義。難點：1.從行星運動規(guī)律到萬有引力公式的數(shù)學推導。教學過程2.理解萬有引力的“普適性”與“質點條件”的矛盾。教學過程三、教學設計1.新課導入（3分鐘）-情境提問“蘋果落地與月球繞地球運動，是否由同一種力引起？牛頓是如何思考這個問題的？”實驗演示：用細線拴住小球旋轉，突然松手后小球飛離，類比“離心力”與“引力”的平衡?！芭ｎD如何從開普勒定律中揭示宇宙的引力規(guī)律？今天我們一起揭開萬有引力的奧秘！”科學家研究歷史（8分鐘）科學史梳理（板書/PPT）：伽利略：提出“慣性”概念，但未解釋天體運動。開普勒：行星運動三大定律（鋪墊引力平方反比關系）。牛頓：綜合運動定律與微積分，提出萬有引力假說?？ㄎ牡显S：巧用扭秤實驗測量(G)，驗證定律普適性。互動討論：“若你是牛頓，如何通過‘月地檢驗’證明引力的統(tǒng)一性？”3.新課教授（20分鐘）（1）行星與太陽間的引力推導（可以帶著學生進行推導）設行星的質量為m,速度為v,行星與太陽之間的距離為r，則行星繞太陽做勻速圓周運動的向心力為(1)，由天文觀測可以得出行星公轉周期T，則有(2)將（2）代入（1）整理后得到,由開普勒第三定律最終推出（3）。教師講解在上面式子中，除了m,r以外，其余都是常量，對于任意行星來說都是相同的，所以可以說太陽對行星的引力F與行星的質量m成正比，與成反比寫成等式就是這就是太陽與行星之間萬有引力的計算公式強調：引力與質量乘積成正比，與距離平方成反比。（2）月—地檢驗：月球與地球的引力驗證教師提問：現(xiàn)在我們通過計算得出太陽與行星之間的引力。那么我們知道月球也是圍繞地球轉的，那么這與太陽間的引力是同一個嗎？猜想并驗證：猜想地球對月球的引力與地球對蘋果的引力是同一種力檢驗過程：若猜想成立則有：綜上可推出：驗證可得：結論：天體間的引力與地面重力本質相同。萬有引力定律定律表述：自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的方向在他們的連線上，引力的大小與物體的質量乘積成正比，與它們之間距離r的二次方長反比，即：，適用于任何兩個質點。-適用條件：質點（或均勻球體，r為球心間距）。微觀粒子間引力極小，通常忽略。-舉例：估算兩名50kg學生相距1m時的引力（4）萬有引力常量G的測量-卡文迪許扭秤實驗（動畫演示）：原理：利用石英絲扭轉角度放大微小引力作用。結果：測得-意義：G的測量使萬有引力定律具有實際計算價值。4.板書設計萬有引力定律1.內容：2.推導：開普勒定律+牛頓運動定律→平方反比3.月地檢驗：a?=g/(60)2≈0.0027m/s2分層練習4.普適性：適用于所有質點，G=6.67×10?11N·m2/kg2分層練習題組一行星與太陽間的引力若太陽質量變?yōu)樵瓉淼?倍，地球質量變?yōu)樵瓉淼?倍，日地距離變?yōu)樵瓉淼?，則太陽與地球間的引力變?yōu)樵瓉淼模ǎ┍叮?倍B.12倍C.24倍D.48倍2.木星到太陽的距離是地球到太陽距離的5倍，木星質量是地球的318倍。木星與太陽間的引力約為地球與太陽間引力的（）倍？A.12.7倍B.63.6倍C.318倍D.1590倍行星繞太陽運動的軌道通常近似為圓形，主要是因為（）引力方向始終指向太陽B.行星的橢圓軌道離心率極小C.圓形軌道計算更簡單D.開普勒第一定律的要求題組二月-地檢驗已知地球表面重力加速度為,若月球軌道半徑約為地球半徑的60倍，月球軌道處的重力加速度約為:（）A.B.C.D.若月球公轉周期為27.3天，軌道半徑為m,其向心加速度的計算結果與平方反比定律的預測結果一致。這說明（）A.牛頓定律僅適用于地球表面B.月球受地球引力和太陽引力共同作用C.地球對月球的引力與對地面物體的引力性質相間D.月球的軌道是完美的圓形6.月地檢驗的關鍵是驗證（）A.引力與質量成正比B.引力與距離平方成反比C.引力常量G的普適性D.行星軌道為橢圓題組三萬有引力定律兩個質量均為1000kg的鉛球，中心距離為1m,它們之間的引力約為（）A.B.C.6.67ND.667N8.若地球半徑縮小為原來的一半，質量不變，地表重力加速度將變?yōu)樵瓉淼模ǎ〢.倍B.倍C.2倍D.4倍題組四引力常量卡文迪許實驗的主要意義是（）A.測量地球質量B.驗證萬有引力定律的平方反比關系C.首次測出引力常量GD.證明引力與質量成正比11.若引力常量G變?yōu)樵瓉淼?倍，地球繞太陽的軌道周期將:（）A.變?yōu)樵瓉淼谋禕.變?yōu)樵瓉淼谋禖.保持不變D.變?yōu)樵瓉淼?倍12.已知地球質量,同球質量為,地月平均距離