7.2 万有引力定律 学习任务单
文档属性
| 名称 | 7.2 万有引力定律 学习任务单 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 1.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-04-28 14:12:11 | ||
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文档简介
万有引力定律 学习任务单
【学习目标】
1.以自己的现有知识基础和问题引领处身历史的背景下，经历一次自己“发现”太阳与行星间引力，推导出太阳与行星间引力的方向和表达式的过程，体会牛顿定律在推导太阳与行星间引力时的作用。领会将不易测量的物理量转化为易测量物理量的方法。感悟科学家们求真、求简的科学思想方法和科学精神。
2.结合 “月－地检验”通过思维程序 “提出问题→猜想与假设→理论分析→实验观测 →验证结论”知道地球上的重物下落与天体运动的统一。体会在科学规律的发现过程中猜想和求证的重要性。
3.通过检验和推广认识到万有引力定律的适用范围，知道公式中r的物理意义。会用该定律解决简单的引力计算问题。
4.通过视频材料了解“天才的发明和天才的借鉴”及引力常量的测定过程，讨论引力常量的测定在科学史上的重要意义。体会前人是如何巧妙地将物体间的非常微小的力显现和测量出来的。感悟学习中互相协作、互相借鉴也是具有重要意义。
【重点难点】
重点：
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万有引力公式,万有引力定律及公式的适用条件，能应用其解决一些实际问题。
难点：
1.万有引力定律的推导 2.月-地检验的思想方法
【学法提示】
（一）知识准备
物体做曲线运动条件是什么？
描述匀速圆周运动的物理量有哪些？向心力表达式有哪些 向心力的来源？
（二）资源（器材）准备
查找伽利略、迪卡尔、胡适、哈雷等科学家研究太阳对行星引力问题所做的一些工作。准备课上交流。
（三）基础类和综合类作业为必做，拓展提升类作业为选择内容
【学习过程】
环节一：建立模型
行星的实际运动是椭圆运动，但我们还不了解椭圆运动的规律，那应该怎么办？能把它简化成什么运动呢
环节二：太阳与行星间的引力
（一）太阳对行星的引力
（1）设行星的质量为m，速度为v，行星到太阳的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动，写出行星需要的向心力表达式，并说明式中符号的物理意义。
（2）行星运动的线速度v与周期T的关系式如何？天文观测难以直接得到行星的速度v，但可以得到行星的公转周期T，写出用T表示向心力的表达式。
（3）如何应用开普勒第三定律消去周期T？写出消去周期T后向心力的表达式。
（提示：这是行星需要的向心力，我们要求的是太阳对行星的引力，这两个力有关系吗？）
（4）写出太阳对行星的引力F与距离r的比例式，说明比例式的意义。
结论:太阳对不同行星的引力，与行星的 成正比，与行星和太阳间的 成反比。
（二）行星对太阳的引力
行星对太阳的引力与太阳的质量M以及行星到太阳的距离r之间又有何关系？根据什么得出的？
（三）太阳与行星间的引力概括起来有什么关系式？方向？
环节三：月-地检验与万有引力定律
计算出理论分析中的a2与天文观测中的a2并作对比，独立完成后，小组讨论与交流：
1.理论分析：
地球半径R=6.4×m，地球与月球之间的距离是地球半径的60倍。一个物体放在地球表面上受到的力和将这个物体放在月球轨道上所受到的引力，满足什么比例关系？它们的加速度a又满足什么比例关系？你可以算出物体在月球轨道上的加速度吗？
2.天文观测数据分析：
T=27.3天，地球半径R=6.4×m，地球与月球之间的距离是地球半径的60倍。我们把物体放在月球轨道上，那么它会绕着地球做圆周运动，需要的向心力由物体与地球之间的引力提供，那向心加速度怎么求出来呢？
环节四：引力常量的测定
1.观看卡文迪许扭秤实验的模拟视频，思考平面镜的作用，应用了什么方法？
2.物理学史上每一个物理物理常量的发现都代表着一段重要的
科学历史。讨论说明引力常量的测定的重要意义
【达标检测】
(一)基础知识类
1.行星之所以绕太阳运动，是因为 ( )
A、行星运动时的惯性作用
B、太阳是宇宙的控制中心，所以星体都绕太阳旋转
C、太阳对行星有约束运动的引力作用
D、行星对太阳有排斥力作用，所以不会落向太阳
2.下面关于行星对太阳的引力的说法中正确的（ ）
行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的。
行星对太阳的引力与太阳的质量成正比，与行星的质量无关
太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力
行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比，与行星距离太阳的距离成反比
3．下列说法正确的是（ ）
Ａ．万有引力定律是卡文迪许发现的
Ｂ．中的Ｇ是一个比例常数，是没有单位的
Ｃ．万有引力定律只是严格适用于两个质点之间
Ｄ．两物体引力的大小与质量成正比，与此两物间距离平方成反比14．地球对4.月球有相当大的万有引力，而且月球对地球也有万有引力，为什么它们不靠在一起，其原因是（ ）
Ａ．不仅地球对月球有万有引力，而且月球对地球也有万有引力，这两个力大小相等方向相反，互相平衡
Ｂ．地球对月球的引力还不够大
Ｃ．不仅地球对月球有万有引力，而且太阳系里其他星球对月球也有万有引力，这些力的合力为零
Ｄ．万有引力不断改变月球的运动方向，使得月球绕地球运行
5．下列说法中正确的是（ ）
A.万有引力定律是卡文迪许发现的
B.卡文迪许扭秤是用来验证万有引力定律是否正确的
C.被人们称为“能称出地球质量的人”是牛顿
D.万有引力常量是一个有单位的常量
（二）综合类作业
6．我国已启动月球探测计划“嫦娥工程”。图为设想中的“嫦娥一号”月球探测器飞行路线示意图。
(1)在探测器飞离地球的过程中，地球对它的引力 (填“增大”、“减小”、“不变”)。(2)已知月球与地球质量之比为M月：M地=1：18。当探测器飞至月地连线上某点P时，月球与地球对它的引力恰好抵消，此时P到月球球心与地球球心的距离之比为 。
(3)结合图中信息，通过推理，可以得出的结论是 ( )
①探测器飞离地球时速度方向指向月球
②探测器经过多次轨道修正，进入预定绕月轨道
③探测器绕地球的旋转方向与绕地球的旋转方向一致
④探测器进入绕月轨道后，运行半径逐渐减小，直至到达预定轨道
A、①③ B、①④ C、②③ D、②④
7．如图所示，阴影区域是质量为M、半径为R的球体挖去一个小圆球后的剩余部分，所挖去的小圆球的球心和大球体球心间的距离是R/2，求球体剩余部分对球体外离球心O距离为2R、质量为m的质点P的引力。
（三）拓展提升类作业
8、如果要验证太阳与与行星之间的引力的规律是否适用于行星与她的卫星，我们需要观测这些卫星运动的哪些数据？观测这些数据前你对这些数据的规律有什么假设？
9.探究：设想人类开发月球，不断将月球上的矿藏搬运到地球，假定经过长时间的开采后，月球仍可看作均匀的球体，仍沿开采前的圆周轨道运动，则与开采前相比，地球与月球间的万有引力将怎么变化？.月球绕地球运动的周期将怎样变化？
太阳
行星
卫星
【学习目标】
1.以自己的现有知识基础和问题引领处身历史的背景下，经历一次自己“发现”太阳与行星间引力，推导出太阳与行星间引力的方向和表达式的过程，体会牛顿定律在推导太阳与行星间引力时的作用。领会将不易测量的物理量转化为易测量物理量的方法。感悟科学家们求真、求简的科学思想方法和科学精神。
2.结合 “月－地检验”通过思维程序 “提出问题→猜想与假设→理论分析→实验观测 →验证结论”知道地球上的重物下落与天体运动的统一。体会在科学规律的发现过程中猜想和求证的重要性。
3.通过检验和推广认识到万有引力定律的适用范围，知道公式中r的物理意义。会用该定律解决简单的引力计算问题。
4.通过视频材料了解“天才的发明和天才的借鉴”及引力常量的测定过程，讨论引力常量的测定在科学史上的重要意义。体会前人是如何巧妙地将物体间的非常微小的力显现和测量出来的。感悟学习中互相协作、互相借鉴也是具有重要意义。
【重点难点】
重点：
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万有引力公式,万有引力定律及公式的适用条件，能应用其解决一些实际问题。
难点：
1.万有引力定律的推导 2.月-地检验的思想方法
【学法提示】
（一）知识准备
物体做曲线运动条件是什么？
描述匀速圆周运动的物理量有哪些？向心力表达式有哪些 向心力的来源？
（二）资源（器材）准备
查找伽利略、迪卡尔、胡适、哈雷等科学家研究太阳对行星引力问题所做的一些工作。准备课上交流。
（三）基础类和综合类作业为必做，拓展提升类作业为选择内容
【学习过程】
环节一：建立模型
行星的实际运动是椭圆运动，但我们还不了解椭圆运动的规律，那应该怎么办？能把它简化成什么运动呢
环节二：太阳与行星间的引力
（一）太阳对行星的引力
（1）设行星的质量为m，速度为v，行星到太阳的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动，写出行星需要的向心力表达式，并说明式中符号的物理意义。
（2）行星运动的线速度v与周期T的关系式如何？天文观测难以直接得到行星的速度v，但可以得到行星的公转周期T，写出用T表示向心力的表达式。
（3）如何应用开普勒第三定律消去周期T？写出消去周期T后向心力的表达式。
（提示：这是行星需要的向心力，我们要求的是太阳对行星的引力，这两个力有关系吗？）
（4）写出太阳对行星的引力F与距离r的比例式，说明比例式的意义。
结论:太阳对不同行星的引力，与行星的 成正比，与行星和太阳间的 成反比。
（二）行星对太阳的引力
行星对太阳的引力与太阳的质量M以及行星到太阳的距离r之间又有何关系？根据什么得出的？
（三）太阳与行星间的引力概括起来有什么关系式？方向？
环节三：月-地检验与万有引力定律
计算出理论分析中的a2与天文观测中的a2并作对比，独立完成后，小组讨论与交流：
1.理论分析：
地球半径R=6.4×m，地球与月球之间的距离是地球半径的60倍。一个物体放在地球表面上受到的力和将这个物体放在月球轨道上所受到的引力，满足什么比例关系？它们的加速度a又满足什么比例关系？你可以算出物体在月球轨道上的加速度吗？
2.天文观测数据分析：
T=27.3天，地球半径R=6.4×m，地球与月球之间的距离是地球半径的60倍。我们把物体放在月球轨道上，那么它会绕着地球做圆周运动，需要的向心力由物体与地球之间的引力提供，那向心加速度怎么求出来呢？
环节四：引力常量的测定
1.观看卡文迪许扭秤实验的模拟视频，思考平面镜的作用，应用了什么方法？
2.物理学史上每一个物理物理常量的发现都代表着一段重要的
科学历史。讨论说明引力常量的测定的重要意义
【达标检测】
(一)基础知识类
1.行星之所以绕太阳运动，是因为 ( )
A、行星运动时的惯性作用
B、太阳是宇宙的控制中心，所以星体都绕太阳旋转
C、太阳对行星有约束运动的引力作用
D、行星对太阳有排斥力作用，所以不会落向太阳
2.下面关于行星对太阳的引力的说法中正确的（ ）
行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的。
行星对太阳的引力与太阳的质量成正比，与行星的质量无关
太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力
行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比，与行星距离太阳的距离成反比
3．下列说法正确的是（ ）
Ａ．万有引力定律是卡文迪许发现的
Ｂ．中的Ｇ是一个比例常数，是没有单位的
Ｃ．万有引力定律只是严格适用于两个质点之间
Ｄ．两物体引力的大小与质量成正比，与此两物间距离平方成反比14．地球对4.月球有相当大的万有引力，而且月球对地球也有万有引力，为什么它们不靠在一起，其原因是（ ）
Ａ．不仅地球对月球有万有引力，而且月球对地球也有万有引力，这两个力大小相等方向相反，互相平衡
Ｂ．地球对月球的引力还不够大
Ｃ．不仅地球对月球有万有引力，而且太阳系里其他星球对月球也有万有引力，这些力的合力为零
Ｄ．万有引力不断改变月球的运动方向，使得月球绕地球运行
5．下列说法中正确的是（ ）
A.万有引力定律是卡文迪许发现的
B.卡文迪许扭秤是用来验证万有引力定律是否正确的
C.被人们称为“能称出地球质量的人”是牛顿
D.万有引力常量是一个有单位的常量
（二）综合类作业
6．我国已启动月球探测计划“嫦娥工程”。图为设想中的“嫦娥一号”月球探测器飞行路线示意图。
(1)在探测器飞离地球的过程中，地球对它的引力 (填“增大”、“减小”、“不变”)。(2)已知月球与地球质量之比为M月：M地=1：18。当探测器飞至月地连线上某点P时，月球与地球对它的引力恰好抵消，此时P到月球球心与地球球心的距离之比为 。
(3)结合图中信息，通过推理，可以得出的结论是 ( )
①探测器飞离地球时速度方向指向月球
②探测器经过多次轨道修正，进入预定绕月轨道
③探测器绕地球的旋转方向与绕地球的旋转方向一致
④探测器进入绕月轨道后，运行半径逐渐减小，直至到达预定轨道
A、①③ B、①④ C、②③ D、②④
7．如图所示，阴影区域是质量为M、半径为R的球体挖去一个小圆球后的剩余部分，所挖去的小圆球的球心和大球体球心间的距离是R/2，求球体剩余部分对球体外离球心O距离为2R、质量为m的质点P的引力。
（三）拓展提升类作业
8、如果要验证太阳与与行星之间的引力的规律是否适用于行星与她的卫星，我们需要观测这些卫星运动的哪些数据？观测这些数据前你对这些数据的规律有什么假设？
9.探究：设想人类开发月球，不断将月球上的矿藏搬运到地球，假定经过长时间的开采后，月球仍可看作均匀的球体，仍沿开采前的圆周轨道运动，则与开采前相比，地球与月球间的万有引力将怎么变化？.月球绕地球运动的周期将怎样变化？
太阳
行星
卫星