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【高一物理 第六章 万有引力定律(全套)】
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【高一物理 第六章 万有引力定律(全套)】
官方公共微信3、使学生能认识到万有引力定律的普遍性（它存在宇宙中任何有质量的物体之间，不管它们之间是否还有其它作用力）．能力目标 1、使学生能应用万有引力定律解决实际问题； 2、使学生能应用万有引力定律和圆周运动知识解决行星绕恒星和卫星绕行星运动的天体问题．情感目标 1、使学生在学习万有引力定律的过程中感受到万有引力定律的发现是经历了几代科学家的不断努力，甚至付出了生命，最后牛顿总结了前人经验的基础上才发现的．让学生在应用万有引力定律的过程中应多观察、多思考．&教学建议 万有引力定律的内容固然重要，让学生了解发现万有引力定律的过程更重要．建议教师在授课时，应提倡学生自学和查阅资料．教师应准备的资料应更广更全面．通过让学生阅读“万有引力定律的发现过程”，让学生根据牛顿提出的几个结果自己去猜测万有引力与那些量有关．教师在授课时可以让学生自学，也可由教师提出问题让学生讨论，也可由教师展示出开普勒三定律和牛顿的一些故事引导学生讨论．&万有引力定律的教学设计方案教学目的： 1、了解万有引力定律得出的思路和过程； 2、理解万有引力定律的含义并会推导万有引力定律； 3、掌握万有引力定律，能解决简单的万有引力问题；教学难点&：万有引力定律的应用教学重点：万有引力定律教具： 展示第谷、哥白尼，伽利略、开普勒和牛顿等人图片．教学过程&（一）新课教学(20分钟)1、引言 展示第谷、哥白尼，伽利略、开普勒和牛顿等人照片并讲述物理学史： 十七世纪中叶以前的漫长时间中，许多天文学家和物理学家(如第谷、哥白尼，伽利略和开普勒等人)，通过了长期的观察、研究，已为人类揭示了行星的运动规律．但是，长期以来人们对于支配行星按照一定规律运动的原因是什么．却缺乏了解，更没有人敢于把天体运动与地面上物体的运动联系起来加以研究． 伟大的物理学家牛顿在哥白尼、伽利略和开普勒等人研究成果的基础上，进一步将地面上的动力学规律推广到天体运动中，研究、确立了《万有引力定律》．从而使人们认识了支配行星按一定规律运动的原因，为天体动力学的发展奠定了基础．那么： (1)牛顿是怎样研究、确立《万有引力定律》的呢？ (2)《万有引力定律》是如何反映物体间相互作用规律的？ 以上两个问题就是这节课要研究的重点． 2、通过举例分析，引导学生粗略领会牛顿研究、确立《万有引力定律》的科学推理的思维方法． 苹果在地面上加速下落：(由于受重力的原因)： 月亮绕地球作圆周运动：(由于受地球引力的原因)； 行星绕太阳作圆周运动：(由于受太阳引力的原因)，(牛顿认为) 牛顿将上述各运动联系起来研究后提出：这些力是属于同种性质的力，应遵循同一规律；并进一步指出这种力应存在于宇宙中任何具有质量的物体之间．3、引入课题．板书：第二节、万有引力定律 (1)万有引力：宇宙间任何有质量的物体之间的相互作用．(板书) (2)万有引力定律：宇宙间的一切物体都是相互吸引的．两个物体间的引力大小，跟他们之间质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比．(板书)& 式中： 为万有引力恒量& ； 为两物体的中心距离．引力是相互的(遵循牛顿第三定律)．（二）应用（例题及课堂练习） 学生中存在这样的问题：既然宇宙间的一切物体都是相互吸引的，哪为什么物体没有被吸引到一起？（请学生带着这个疑问解题） 例题1、两物体质量都是1kg，两物体相距1m，则两物体间的万有引力是多少？ 解：由万有引力定律得：&
代入数据得：&
通过计算这个力太小，在许多问题的计算中可忽略 例题2.已知地球质量大约是& ，地球半径为& km，地球表面的重力加速度& ． 求： （1）地球表面一质量为10kg物体受到的万有引力？ （2）地球表面一质量为10kg物体受到的重力？ （3）比较万有引力和重力？ 解：（1）由万有引力定律得：&
代入数据得：&
（3）比较结果万有引力比重力大．原因是在地球表面上的物体所受万有引力可分解为重力和自转所需的向心力．（三）课堂练习： 教师请学生作课本中的练习，教师引导学生审题，并提示使用万有引力定律公式解题时，应注意因单位制不同， 值也不同，强调用国际单位制解题．请学生同时到前面，在黑板上分别作1、2、3题．其它学生在座位上逐题解答．此时教师巡回指导学生练习随时注意黑板上演算的情况．（四）小结： 1、万有引力存在于宇宙中任何物体之间(天体间、地面物体间、微观粒子间)．天体间万有引力很大，为什么？留学生去想（它是支配天体运动的原因）．地面物体间，微观粒子间：万有引力很小，为什么？它不足以影响物体的运动，故常常可忽略不计． 2、应用万有引力定律公式解题， 值选& ，式中所涉其它各量必须取国际单位制．（五）布置作业&(3分钟)：教师可根据学生的情况布置作业&．&&探究活动 组织学生编写相关小论文，通过对资料的收集，了解万有引力定律的发现过程，了解科学家们对知识的探究精神，下面就是相关的题目． 1、万有引力定律发现的历史过程． 2、第谷在发现万有引力定律上的贡献．
物理教案－万有引力定律 相关文章:查看更多>>《著名物理学家和他的一个重大发现》
牛顿和万有引力定律（四）
　　　　随后，牛顿又提出：如果把月球看作抛射体（铅球），就会有一个指向地心的向心力；如果把月球看作落体，就会有一重力。那么，这个"向心力"和"重力"是否有同一本质呢？于是他又提供了一个思想实验--"小月球实验"。并从中推断出："使月球保持在它的轨道上的力就是我们通常称为'重力'的那个力。"　　"月一地检验"实验。牛顿首先把月球绕地球的圆运动看作是一种无终止的下落。然后根据月地距离、月球轨道长度及运转周期，再借助向心力概念和几何方法，求得月球离开轨道的切向（运动方向）、沿径向坠落的速度为
15（1/12）英尺／分（4．60米／分）。　　如果"天地统一"猜想及"引力平方反比关系"是正确的，则这个力在地面附近是在月球轨道处的60'倍（取月一地平均距离为地球半径的60倍）。所以，在地面处物体坠落速度应为"60*60*15（1/12）表英尺／分或
15（1/12）英尺／秒"。这与惠更斯用摆在巴黎测出的数据相吻合，此时已是1684年的8～10月间。　　关于万有引力定律发现的过程，流传较多的有三种说法：　　第一种，牛顿于年间因剑桥流行瘟疫而回到家乡，在所谓"能创造奇迹的岁月"里，根据伽利略的落体定律和开普勒第三定律而发现的。　　第二种，1676年牛顿在剑桥证明了引力与距离平方成反比。因而发现了万有引力定律，但没发表，直到1684年哈雷专程访问他以后3个月才公布于众。　　第三种，更接近历史的真实情况。1673年，惠更斯离心定律发表之前，他没能解决这样一个困难，月球为什么不被吸引地球上，地球和其他行星为什么不被吸引到太阳上去？由于原来牛顿使用了不精确的地球半径数值，因而"月一地检验"实验失败。直到1682年牛顿才知道法国天文学家皮卡尔的地球半径准确值。1685年才用微积分解决了问题，认为地球吸引外部物体时就像全部质量集中在地心的质点。因此，牛顿将其研究成果推迟了20年才发表。　　万有引力定律的发现，除了引力平方反比定律之外，还必须发现引力与相互作用的两个物体质量的乘积成正比，并需认定：一切物体之间都有引力。为此，牛顿首先确立了质量的概念，并实现了近代物体学家们所说的惯性质量与引力质量等价这一突破。然后用一个统一的定律--牛顿第二定律去揭示水平运动、落体运动、圆周运动等所具有的共性，并由引力使质量不同的一切物体同时从同一高度落下，它们必同时落地这一事实，得出了引力的大小与被吸引物体的质量成正比的结论。最后，根据牛顿第三定律，物体间的吸引作用与其他形式的作用一样，都是相互的。牛顿认识并提出：引力的大小必同时与吸引物体的质量成正比。所以，引力的大小与吸引及被吸引两者质量的乘积成正比。　　牛顿关于引力的"普适性"的认识过程，特别典型地体现了他发现万有引力定律的主要方法，正如美国研究牛顿的著名科学史家柯思所说的："将实际世界与其简化的数学表示反复加以比较。"　　牛顿认识到，如果只考虑太阳对行星的引力，而不存在其他任何物体的引力，行星绕太阳的轨道应是一个严格的椭圆。然而，观测表明，行星的轨道并不是严格的椭圆。例如，要解释上星、木星在其会合点附近相互间的"运动失调"以及（太阳使）月球的"运动失调"现象，仅用太阳对行星的吸引以及地球对月球的吸引是无法解释的。要想解释得清楚，就必须"计及行星彼此之间的作用"以及太阳对卫星的作用。牛顿对引力普适性的这一认识上的深化，充分地体现在1684年11月他所写的《论运动》的初稿和12月所写的《论运动》的修改稿中，在后者中明确提出了行星之间以及恒星与卫星之间均有引力。到
1685年，牛顿进一步写道：一切物体，不论是什么，都被赋予了相互的引力。"　　应该指出的是，牛顿从来未用像我们今天所用的形式F=G（m1m2/r*r）来表达万有引力定律。他是用比值的形式来阐述和运算的。113年之后（1798年），67岁的英国物理学家、化学家卡文迪许以其"无与伦比的实验技巧"，使用改造过的米歇尔扭秤，测定出了万有引力常数，并由此推算出地球的平均密度和地球的质量。从此，牛顿万有引力定律不再是一种比例性的陈述，而变成了一条精确的定量规律。　　牛顿万有引力定律的建立，不仅解决了天体运动的轨道形状问题，而且解释了许多以前不能理解的现象。例如，潮汐现象就是由于月球和太阳对地球备处引力不同所引起的水位周期性的涨落现象；岁差现象是由于月球和太阳的吸引力产生的地轴进动引起（日月岁差）或由行星引力产生的黄道面变动引起的（行星岁差）。　　牛顿的引力理论在英国乃是经过长达25年的反对和激烈论战才逐步取得学术界承认的。他的数学证明很艰深，难以被一般人接受和理解。在当时，"力"无法被承认为自然界的基本概念，人们认为运动才是更基本的概念，所以对相当一部分人来说，一切物体之间都存在引力，简直是向古老神秘观念开倒车。在当时的另一个科学大国法国，由于受笛卡儿的"旋涡说"的影响，万有引力定律久久不被接受，有史料表明，在牛顿去世时（1727年），即《原理》发表40周年后，他在英国之外的追随者也不超过20人！　　对牛顿万有引力定律的第一个重大考验是关于地球形状的"橘子"和"柠檬"之争。牛顿认为行星由于自转，必然是赤道鼓起，两极扁平的扁球体（"橘子"），这是由物体在赤道重力变小，摆的周期变大而推论出来的。这一理论遭到著名的法国天文世家卡西尼全家的反对。卡西尼一家四代人，在年的124年中，依次担任巴黎天文台台长。第二代卡西尼根据在法国北部和南部的测量，正好得出相反的结论，认为地球是两极凸出，赤道扁平的"柠檬"状球体。这一争论持续了很久，法国科学院为此于1735年先后派出了两支测量队，一个去靠近赤道的秘鲁，一个去极圈内的拉普兰德，分别测量两地经度圈上等角的一段弧长，结果证明牛顿是正确的。这样，万有引力定律经受住了第一次严峻的考验。　　万有引力定律的第二个辉煌胜利是香星轨道、周期的计算。香星曾被看做是一个神秘的现象，牛顿断言行星运动规律同样适用于香星。哈雷根据牛顿的引力理论，对1682年出现的大香星（后来被命名为哈雷管星）进行计算，算出了它的周期，并预言将在1758年再次出现。1743年，克雷治计算了木星和土星对这颗管星的摄动作用，指出它将迟于1759年4月经过近日点，这个预言果然得到了证实。　　海三星的发现是万有引力定律最伟大的胜利。英国青年大学生亚当斯在年间，法国天文学家勒维列在1845年，各自独立地根据牛顿万有引力理论进行计算，预言了天王星轨道之外还有一个未知的行星，并计算了它的质量、轨道和位置。柏林天文台的伽勒日在预计的地点发现了这颗新星，并命名为海王星。这一发现，使万有引力定律获得了决定性的胜利。日用同样的方法又发现了冥王星。20世纪以来，人们对几百万光年宇宙结构的研究也都证明了万有引力定律的正确性。　　牛顿把地球上物体的力学和天体力学统一到一个基本的力学体系中，创立了经典力学理论体系。正确地反映了宏观物体低速运动的规律，实现了自然科学的第一次大统一。这是人类对自然界认识的一次飞跃。　　但是，关于引力的本质问题，牛顿并没有解决，他认为引力是一种神秘的超距作用，直到20世纪初，爱因斯坦在建立广义相对论时提出：引力是通过引力波来传递的。1974年美国物理学家泰勒和赫尔斯发现第一个脉冲双星，从而间接、定量地检验了引力波的存在与特征。很明显，时至今日，"这个伟大的定律却从来没有在实验室里获得完美的证明"。对引力这个古老的问题的探索非但尚未结束，而且正朝着更深更广的方向发展。引力的本质是什么？它究竟以什么形式和多大速度传播？引力常数与时间、空间的关系如何卜…种种引力之谜以及引力常数的再检验工作，正以其特有的扭力吸引着大批科学家，成为当今物理学研究的前沿之一。
本文摘自《著名物理学家和他的一个重大发现》山东科学技术出版社2002年1月版}