5.2万有引力定律是怎样发现的教案沪科版必修2

5.2 万有引力定律是怎样发现的
课标要求
通过有关事实了解万有引力定律的发现过程。知道万有引力定律。认识发现万有引力定律的重要意义。
三维目标
一、知识与技能
1、了解万有引力定律得出的思路和过程，知道重物下落和天体运动的统一性。
2、理解万有引力定律的含义并会用万有引力定律公式解决简单的引力计算问题。
3、知道万有引力定律公式的适用范围。
二、过程与方法
1、在万有引力定律建立过程的学习中，学习发现问题、提出问题、猜想假设与推理论证等方法。
2、培养学生研究问题时，抓住主要矛盾，简化问题，建立理想模型的处理问题的能力。
三、情感态度与价值观
1、通过牛顿在前人的基础上发现万有引力定律的思考过程，说明科学研究的长期性，连续性及艰巨性，提高学生科学价值观。
2、经过万有引力常量测定的学习，让学生体会科学的方法论和物理常量数量级的重要性。
教材分析
万有引力定律的发现过程犹如一部壮丽的科学史诗，它歌颂了前辈科学家的科学精神，也展现了科学发展过程中科学家们富有创造性而又严谨的科学思维，是发展学生思维能力难得的好材料，本节课内容充分利用这些材料发展学生的科学思维能力。教科书在尊重历史事实的前提下，通过一些逻辑思维的铺垫，让学生以自己现有的知识基础身于历史的背景下，经历一次“发现”万有引力的过程。
学情分析
从知识结构来看，在学习万有引力定律前，学生已经对力、重力、向心力、加速度、重力加速度（即自由落体运动的加速度）、向心加速度等概念有了较好的理解，并且掌握自由落体运动和圆周运动等运动规律，能熟练运动牛顿运动定律解决动力学问题。已经完全具备深入探究和学习万有引力定律的起点能力。
　　高一学生其思维方式容易停滞在知识接受层面，而忽视概念间、规律间的相互联系，且很多学生不能建立明确的动态的物理图像或物理情景，进而无法通过同化和顺应，完成知识的建构过程。因此，在教学过程中要注重从学生实际入手，依据学生认知规律，注重创设物理情景，创造和谐、民主、自由课堂气氛，进行探究教学。
教学重难点
【教学重点】 万有引力定律的内容及表达公式。
【教学难点】 1、对万有引力定律的理解。
2、使学生能把地面上的物体所受重力与其他星球与地球之间存在的引力是同性质的力联系起来。
提炼的课题
理解万有引力定律的含义并会用万有引力定律公式解决简单的引力计算问题。
教学手段运用
教学资源选择
Ppt
教 学 过 程
环节
学生要解决的问题或任务
教师教与学生学
教师个性化修改
知识回顾
开普勒行星运动定律的内容是什么？
问题引入
行星为什么这样运动?
一、发现万有引力的过程
1.关于行星运动原因的猜想
英国的吉尔伯特:行星是依靠太阳发出的磁力维持着绕日运动
开普勒：意识到太阳有一种力支配着行星的运动
法国笛卡儿：认为空间充满着一种看不见的流质，形成许多大小、速度、密度不同的漩涡从而带动着行星转动
法国布里奥：首先提出平方反比假设。认为每个行星受太阳发出的力支配，力的大小跟行星与太阳的距离的平方成反比。
17世纪中叶后：引力思想已逐渐被人们所接受，甚至有了引力与距离的平方成正比的猜想。其中英国物理学家胡克、雷恩、哈雷都对此做出了贡献。
2.站在巨人肩上的牛顿
观看介绍牛顿的视频
牛顿之前或与牛顿同时代的科学家为什么不能把引力问题彻底解决呢？
因为他们无法逾越前进道路上的三大困难！
困难之一 ：
行星沿椭圆轨道运动，速度的大小方向均不断变化。当时解决这种曲线运动问题，还缺少相应的数学工具。
困难之二：
天体是一个庞然大物，如果认为行星受到太阳的引力，如何计算这种引力的总效果，当时还缺乏理论上的工具。
困难之三：
如果天体之间是相互吸引的，那么在众多天体共存的太阳系中，如何解决天体间相互吸引相互干扰这一复杂的问题呢？
牛顿研究引力问题三大法宝
1、他利用他创立的微积分方法，越过了变速运动的障碍。牛顿在前人的基础上，凭借他超凡的数学能力证明了：如果太阳和行星间的引力与距离的二次方成反比，则行星的轨道应是椭圆。
2、他利用模型方法提出了质点概念，并通过微积分计算论证，把天体的质量集中于球心，方便的计算出天体间的引力的总效果。
3、他大胆地撇开其他天体的作用不计，只考虑太阳对行星的引力作用。合理的简化使他直达问题的本质。
三、万有引力定律
1.定律表述：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，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.
即，
2.【说明】
（1）.m1和m2表示两个物体的质量，r表示它们的距离。
（2）.G为引力常量，G=6.67×10－11 N·m2/kg2
（3）.G的物理意义——两质量各为1kg的物体相距1m时万有引力的大小.
3.万有引力公式的适用范围：
（1）万有引力存在于一切物体之间，但上述公式只能计算两质点间的引力；
即两物体的形状和大小对它们之间的距离而言,影响很小,可以忽略不计.
（2）两质量分布均匀的球体之间的引力，也可用上述公式计算，且r为两球心间距离；
4.万有引力定律理解
⑴普遍性：任何两个物体之间都存在引力（大到天体小到微观粒子），它是自然界的物体间的基本相互作用之一。
⑵相互性：两个物体之间相互作用的引力是一对作用力与反作用力，符合牛顿第三定律。
(3)宏观性：通常情况下万有引力非常小，只有在质量巨大的天体间或天体与物体间它的存在才有宏观的物理意义。在微观世界中，粒子的质量都非常小，粒子间的万有引力很不显著，万有引力可以忽略不计。
万有引力定律是17世纪自然科学最伟大的成果之一，第一次揭示了自然界中的一种基本相互作用的规律，在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。在文化发展史上，万有引力定律使人们建立了有能力理解天地间的各种事物的信心，解放了人们的思想，在科学文化的发展史上起到了积极的推动作用。
例1．关于万有引力定律的适用范围，下列说法中正确的有( )
A．只适用于天体，不适用于地面的物体
B．只适用于球形物体，不适用于其他形状的物体
C ．只适用于质点，不适用于实际物体
D．适用于自然界中任何两个物体之间
答案：D
例2.离地面某一高度h处的重力加速度是地球表面重力加速度的二分之一，则高度h是地球半径的多少倍？
解析：地球表面上物体所受重力约等于地球对物体的引力，则有:
离地面高度为h处:
由题意知解得 即h 是地球半径的倍
四、卡文迪许实验
视频介绍该试验
测定引力常量的重要意义
1.证明了万有引力存在的普遍性.
2.万有引力定律有了真正的实用价值，可测定远离地球的天体的质量、密度等.
3.扭秤实验巧妙地利用等效法合理地将微小量进行放大，开创了测量弱力的新时代.
课堂检测内容
当堂训练
1.对于万有引力定律的表述式，下列说法中正确的是( )
A.公式中G为引力常量，它是由实验测得的，而不是人为规定的
B.当r趋近于零时，万有引力趋于无穷大
C.m1与m2受到的引力大小总是相等的，方向相反，是一对平衡力
D. m1与m2受到的引力大小总足相等的，而与m1、 m2 是否相等无关
答案：AD
2.要使两物体间的万有引力减小到原来的1/4，下列办法可采用的是（ ）
A.使两个物体质量各减小一半，距离不变
B. 使其中一个物体的质量减小到原来的1/4，距离不变
C. 使两物体的距离增为原来的2倍，质量不变
D. 两物体的距离和两物体质量都减小为原来的1/4
答案：ABC
3.下列说法正确的有 ( )
A . 太阳系中的八大行星有一个共同的轨道焦点
B . 行星的运动方向总是沿着轨道的切线方向
C . 行星的运动方向总是与它和太阳的连线垂直
D . 日心说的说法是完全正确的
答案： A B