高中物理 《万有引力定律的发现》教案 沪科版必修2

万有引力定律的发现学案 【学习目标】:一、知识与技能 :1.理解太阳与行星间引力的存在；2.理解万有引力定律的含义，掌握万有引力定律的公式.二、过程与方法:根据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力表达式;了解万有引力定律得出的思路和过程.三、情感态度与价值观: 科学精神、科学思想方法的培养；【重难点】重点:万有引力定律的理解.难点:1太阳与行星间的引力公式的推导过程;2万有引力定律得出的思路和过程.一. 回顾开普勒定律：开普勒第一定律（几何定律）所有的行星围绕太阳运动的轨道都是 _，太阳处在所有椭圆的 _上。开普勒第二定律（面积定律）对于每一个行星而言，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积。开普勒第三定律（周期定律）所有行星的轨道的 _的三次方跟 _的二次方的比值都相等。即：_ （公式） k值与中心天体有关，而与环绕天体无关。开普勒定律发现之后，人们开始思考这样的问题：是什么力来维持行星绕太阳的运动呢？围绕这个问题，许多科学家提出了自己的观点：伽利略：一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体作圆周运动开普勒：行星一定是受到了来自太阳的类似磁力的作用。笛卡尔：行星的运动是因为在行星周围有旋转的物质作用在行星上。胡克：行星围绕太阳运动是因为受到了太阳对它的引力，提出如果行星的轨道是圆形的，它所受的引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比.但没法证明在椭圆轨道规律也成立。最后，牛顿在前人研究的基础上，利用自己的运动定律把行星的向心加速度和和太阳对他的引力联系起来了。这节课，我们就重温牛顿发现万有引力定律的过程。二、太阳对行星的引力： 伟大的发现源于简单的猜想：1.猜想：太阳对行星的引力F应该与行星到太阳的距离r有关，许多经验使人很容易想到这一点。那么F与r的定量关系是什么？2.简化模型：行星轨道按照_来处理；3.推理:(1)行星绕太阳运动需要的向心力由什么力提供？大小如何？(行星的质量m、线速度v、轨道半径r) _(2)天文观测行星速度V很难，但可以得到行星的公转周期T，可以将T与V的关系代入上式，即：_(3)应用开普勒第三定律消掉周期T:(4)整理关系式：_(5)结论：_思考(1)行星对太阳有没有作用力？为什么？_(2)行星对太阳的作用力与那些因素关？_（3）用表达式应该如何表示？_（4）综合起来得到太阳与行星间的引力大小 _：三、太阳与行星间的引力：写成等式有： _ （这是不是万有引力定律呢？）通过以上的学习，我们已经知道太阳和行星之间作用力的规律，那么我们进一步的思考：1、既然是行星与太阳之间的力使得行星不能飞离太阳，那么，行星与太阳之间的吸引力会不会与地球吸引苹果的力是同一种力呢?2、即使在很高的建筑物上或者在山上都不会发现重力有明显的减弱，那么，这个力会不会延伸作用到月球上?拉住月球围绕地球运动？3、这个力，与拉着苹果下落的力以及地球、众行星与太阳之间的作用力是否是同一种力，遵循相同的规律?牛顿是怎样把天体间的引力与地球对地面附近物体的引力统一起来证明的呢？四.月地检验：当时已知的一些量： 地表重力加速度：g = 9.8m/s2 地球半径： R = 6400103m月球周期：T = 27.3天2.36106s验证过程：大胆地猜想：太阳吸引行星；地球吸引苹果；那么，苹果能不能吸引苹果？任何物体之间是不是都有吸引力呢？五、万有引力定律：1、定律表述：自然界中任何两个物体都是互相吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比2、公式：（1）G: 引力常量 G=_（卡文迪许最早准确的测出其数值）引力常量适用于任何两个物体意义：在数值上等于两个质量都是1kg的物体相距1m时的相互作用力。（2） r ： 质点 质点间的距离均匀球体 球心间的距离六、课堂达标练习：1下面关于太阳对行星的引力说法中的正确的是 ： （ ）A 太阳对行星的引力等于行星做匀速圆周运动的向心力B 太阳对行星的引力大小与行星的质量成正比，与行星和太阳间的距离成反比C 太阳对行星的引力规律是由实验得出的D太阳对行星的引力规律是由开普勒定律和行星绕太阳做匀速圆周运动的规律推导出来的2 粗略的计算一下两位质量为50kg的同学，相距0.5m的时候，他们之间的引力是多少？3纵观万有引力定律的发现历程，你觉得科学发现的一般过程是什么？你能概括一下吗？科学研究过程的基本要素包含以下几点：提出假设；对现象的一般观察；通过试验对推论进行检验；运用逻辑（包括数学）得出推论； 对假说进行修正和推广。请按科学研究过程进行排序。（只填序号）答案：_4已知地球表面的重力加速度为g，地球半径为R，万有引力常量为G，用以上各量表示，地球质量M为多少？七、小结：1、探究太阳与行星间的引力：（1）太阳对行星的引力： （2）行星对太阳的引力：2、通过“月地实验”证明了“天上的力”与 “地下的力”是同一性质的力：3、再大胆地猜想，得到了万有引力定律：八、课后作业：1、完成市编学案对应的习题;2、预习第四节万有引力定律的应用：