7.2《万有引力定律》教案—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册 Word版含答案
文档属性
| 名称 | 7.2《万有引力定律》教案—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册 Word版含答案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 73.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-04-23 09:25:45 | ||
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文档简介
第7章 万有引力与宇宙航行
第2节 万有引力定律
教学内容分析
《万有引力定律》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修2模块中“万有引力定律与曲线运动”主题下的内容，内容要求为：知道万有引力定律。认识发现万有引力定律的重要意义。认识科学定律对人类探索未知世界的作用。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》的解读为：万有引力定律的发现过程蕴含着丰富的科学本质教育因素，对发展学生的科学态度与责任具有重要价值。例如统一性观念促使牛顿完成了物理学史上的第一次大综合。
从行星运动规律到万有引力定律的建立过程，是本章重要内容，让学生经历万有引力定律的推导过程具有重要价值，能够培养学生的科学思维和科学探究素养。鉴于高中生的知识基础，要从圆轨道情形推导出万有引力定律。在推导过程，不仅需要演绎推理，也需要大胆的假设。
学情分析
从知识层面，学生已经知道行星的轨道可视为圆轨道，行星绕太阳做匀速圆周运动。太阳对行星的吸引力作为向心力，天文观测测量的是行星运动的周期T，利用向心力与周期的关系学生可以推理得到太阳对地球的吸引力与距离平方成反比，与行星的质量成正比。教师应设置问题链，引导学生科学推理引力与距离的关系。
教学目标
1.学生知道万有引力定律存在于任意两个物体之间，知道其表达式和适用范围。
2.学生理解万有引力定律的推导过程，认识在科学规律发现过程中大胆猜想与严格求证的重要性。
3.学生知道万有引力定律的发现使地球上的重物下落与天体运动完成了人类认识上的统一。
4.学生会用万有引力定律解决简单的引力计算问题。知道万有引力定律公式中r的物理意义，了解引力常量G的测定在科学史上的重大意义
教学重难点
教学重点：万有引力定律的建立过程和万有引力公式的正确理解
教学难点：利用演绎推和假设建立万有引力定律
教学方法：讲授法、启发式教学、谈话法
教学过程
新课引入
太阳系八大行星围绕太阳做圆周运动.哥白尼说：“太阳坐在它的皇位上,管理着围绕它的一切星球。”
为什么行星绕太阳运动？行星的轨迹为什么是椭圆？ 开普勒、伽利略、笛卡尔和牛顿等人提出各种不同的解释……
教师活动：介绍开普勒、伽利略、笛卡尔和牛顿等人对行星运动原因的解释.
开普勒：行星的运动是由于太阳磁力吸引的缘故,磁力随距离增大减少。
伽利略：行星的运动与地面物体的运动遵从不同规律.行星运动靠“惯性”维持。伽利略认为匀速圆周运动是一种自然的运动，靠惯性维持，不需要力。
笛卡尔：宇宙中充满“以太”,以太传递物体间的相互作用。太阳的转动在以太中形成宇宙漩涡，漩涡运动带动行星运动.
牛顿：行星的运动是因为太阳对行星有吸引力.吸引力的大小与到太阳的距离的平方成反比.
新课教学
行星与太阳间的引力
牛顿认为太阳与行星间存在吸引力，牛顿从椭圆轨道出发，利用数学分析得到了太阳与行星间吸引力的表达式。限于数学知识，让我们把问题简化，遵循牛顿的基本思路，探寻太阳与行星间的吸引力。
太阳对行星的吸引力提供向心力
问题1：行星轨道为椭圆，如何简化问题进行处理？
问题2：行星做什么运动？行星受到的合力为零吗？
问题3：向心力由什么力提供？ 如何计算太阳对行星引力的大小？太阳对行星的吸引力沿什么方向？
问题4：天文观测能测得周期T，而行星的速度在地球上无法观测到。周期与线速度有何关系？用周期如何表达向心力？
问题5：引力与半径有何关系？不同行星的周期和半径不同，如何从表达式中消除周期T.得到引力和半径的关系？周期和轨道半径有何关系？
将行星轨道视为圆轨道，行星做匀速圆周运动，太阳对行星的吸引力提供向心力，
F=m
行星转动周期为T，v= ，代入上式得到，
false
利用开普勒第三定律false，变形为
false
μ只和太阳质量M有关。行星对太阳也有吸引力，行星对太阳的吸引力为
false
λ和行星的质量m有关。
根据牛顿第三定律，有F=F'，可以得到，false。对不同的行星，质量分别为m1、m2……，有false，G为一个常数.得到μ=λM，代入F的表达式，太阳和行星间的引力为
F=G
月地检验
月亮绕地球视为匀速圆周运动，地球和月亮之间的吸引力与太阳和行星间的吸引力表达式形式相同。地球上的物体之所以下落，是因为受到地球的吸引力。地球对物体的吸引力有可能和地球对月亮的吸引力是同一种性质的力。这个猜想是否正确，需要进行验证。
问题1：在地面由于地球吸引物体的加速度是多少？
问题2：R月地=60R地，月球的加速度与物体在地表的加速度比值是多少？
问题3：月球公转周期T=27.3d，R月地=3.8×108m，如何验证假设是否正确？
根据观测数据计算结果和推理结论符合。地面物体所受地球的引力、月球受地球的吸引力，与太阳、行星间的引力是同一种性质的力。
万有引力定律
“……如果由实验和天文学观测，普遍显示出地球周围的一切天体被地球重力所吸引，并且其重力与它们各自含有的物质之量成正比，则月球同样按照物质之量被地球重力所吸引。另一方面，它显示出，我们的海洋被月球重力吸引；并且一切行星相互被重力吸引，彗星同样被太阳的重力所吸引。由于这个规则，我们必须普遍承认，一切物体，不论是什么，都被赋予了互相引力的原理。”
表达式：F=G
问题1：公式适用于什么物体？
问题2：对于均匀的球体，球体间的距离r是什么含义？
引力常量
力F、r和质量m的单位确定后，引力常量G的数值应由实验测量。英国物理学家卡文迪许首先测得引力常量G的数值。
教师活动：结合PPT和动画模拟介绍卡文迪许实验。
作业：教材54页第3题、第4题
板书设计
§2 万有引力定律
太阳与行星间的引力
F=G
月地检验
假设：地球对物体的吸引力和地球对月亮的吸引力是同一种性质的力
推论：a月=
结论：假设正确
三、万有引力定律
1.内容
2.表达式：F=G
3.适用条件
四、引力常量
1.测量原理
2.实验测量值
教学反思
从行星做匀速圆周运动科学推理太阳对行星的吸引力，教学要设置合理的问题梯度，通过问题链，搭建脚手架，引导学生逐步推理分析，利用开普勒第三定律得到引力的方向和大小关系式。月地检验部分要重视科学假设的教学，科学定律的得出不仅仅依靠严密的逻辑推理，更需要大胆的假设和创新的想象力，通过渗透这一思想让学生学习科学精神。
第2节 万有引力定律
教学内容分析
《万有引力定律》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修2模块中“万有引力定律与曲线运动”主题下的内容，内容要求为：知道万有引力定律。认识发现万有引力定律的重要意义。认识科学定律对人类探索未知世界的作用。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》的解读为：万有引力定律的发现过程蕴含着丰富的科学本质教育因素，对发展学生的科学态度与责任具有重要价值。例如统一性观念促使牛顿完成了物理学史上的第一次大综合。
从行星运动规律到万有引力定律的建立过程，是本章重要内容，让学生经历万有引力定律的推导过程具有重要价值，能够培养学生的科学思维和科学探究素养。鉴于高中生的知识基础，要从圆轨道情形推导出万有引力定律。在推导过程，不仅需要演绎推理，也需要大胆的假设。
学情分析
从知识层面，学生已经知道行星的轨道可视为圆轨道，行星绕太阳做匀速圆周运动。太阳对行星的吸引力作为向心力，天文观测测量的是行星运动的周期T，利用向心力与周期的关系学生可以推理得到太阳对地球的吸引力与距离平方成反比，与行星的质量成正比。教师应设置问题链，引导学生科学推理引力与距离的关系。
教学目标
1.学生知道万有引力定律存在于任意两个物体之间，知道其表达式和适用范围。
2.学生理解万有引力定律的推导过程，认识在科学规律发现过程中大胆猜想与严格求证的重要性。
3.学生知道万有引力定律的发现使地球上的重物下落与天体运动完成了人类认识上的统一。
4.学生会用万有引力定律解决简单的引力计算问题。知道万有引力定律公式中r的物理意义，了解引力常量G的测定在科学史上的重大意义
教学重难点
教学重点：万有引力定律的建立过程和万有引力公式的正确理解
教学难点：利用演绎推和假设建立万有引力定律
教学方法：讲授法、启发式教学、谈话法
教学过程
新课引入
太阳系八大行星围绕太阳做圆周运动.哥白尼说：“太阳坐在它的皇位上,管理着围绕它的一切星球。”
为什么行星绕太阳运动？行星的轨迹为什么是椭圆？ 开普勒、伽利略、笛卡尔和牛顿等人提出各种不同的解释……
教师活动：介绍开普勒、伽利略、笛卡尔和牛顿等人对行星运动原因的解释.
开普勒：行星的运动是由于太阳磁力吸引的缘故,磁力随距离增大减少。
伽利略：行星的运动与地面物体的运动遵从不同规律.行星运动靠“惯性”维持。伽利略认为匀速圆周运动是一种自然的运动，靠惯性维持，不需要力。
笛卡尔：宇宙中充满“以太”,以太传递物体间的相互作用。太阳的转动在以太中形成宇宙漩涡，漩涡运动带动行星运动.
牛顿：行星的运动是因为太阳对行星有吸引力.吸引力的大小与到太阳的距离的平方成反比.
新课教学
行星与太阳间的引力
牛顿认为太阳与行星间存在吸引力，牛顿从椭圆轨道出发，利用数学分析得到了太阳与行星间吸引力的表达式。限于数学知识，让我们把问题简化，遵循牛顿的基本思路，探寻太阳与行星间的吸引力。
太阳对行星的吸引力提供向心力
问题1：行星轨道为椭圆，如何简化问题进行处理？
问题2：行星做什么运动？行星受到的合力为零吗？
问题3：向心力由什么力提供？ 如何计算太阳对行星引力的大小？太阳对行星的吸引力沿什么方向？
问题4：天文观测能测得周期T，而行星的速度在地球上无法观测到。周期与线速度有何关系？用周期如何表达向心力？
问题5：引力与半径有何关系？不同行星的周期和半径不同，如何从表达式中消除周期T.得到引力和半径的关系？周期和轨道半径有何关系？
将行星轨道视为圆轨道，行星做匀速圆周运动，太阳对行星的吸引力提供向心力，
F=m
行星转动周期为T，v= ，代入上式得到，
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利用开普勒第三定律false，变形为
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μ只和太阳质量M有关。行星对太阳也有吸引力，行星对太阳的吸引力为
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λ和行星的质量m有关。
根据牛顿第三定律，有F=F'，可以得到，false。对不同的行星，质量分别为m1、m2……，有false，G为一个常数.得到μ=λM，代入F的表达式，太阳和行星间的引力为
F=G
月地检验
月亮绕地球视为匀速圆周运动，地球和月亮之间的吸引力与太阳和行星间的吸引力表达式形式相同。地球上的物体之所以下落，是因为受到地球的吸引力。地球对物体的吸引力有可能和地球对月亮的吸引力是同一种性质的力。这个猜想是否正确，需要进行验证。
问题1：在地面由于地球吸引物体的加速度是多少？
问题2：R月地=60R地，月球的加速度与物体在地表的加速度比值是多少？
问题3：月球公转周期T=27.3d，R月地=3.8×108m，如何验证假设是否正确？
根据观测数据计算结果和推理结论符合。地面物体所受地球的引力、月球受地球的吸引力，与太阳、行星间的引力是同一种性质的力。
万有引力定律
“……如果由实验和天文学观测，普遍显示出地球周围的一切天体被地球重力所吸引，并且其重力与它们各自含有的物质之量成正比，则月球同样按照物质之量被地球重力所吸引。另一方面，它显示出，我们的海洋被月球重力吸引；并且一切行星相互被重力吸引，彗星同样被太阳的重力所吸引。由于这个规则，我们必须普遍承认，一切物体，不论是什么，都被赋予了互相引力的原理。”
表达式：F=G
问题1：公式适用于什么物体？
问题2：对于均匀的球体，球体间的距离r是什么含义？
引力常量
力F、r和质量m的单位确定后，引力常量G的数值应由实验测量。英国物理学家卡文迪许首先测得引力常量G的数值。
教师活动：结合PPT和动画模拟介绍卡文迪许实验。
作业：教材54页第3题、第4题
板书设计
§2 万有引力定律
太阳与行星间的引力
F=G
月地检验
假设：地球对物体的吸引力和地球对月亮的吸引力是同一种性质的力
推论：a月=
结论：假设正确
三、万有引力定律
1.内容
2.表达式：F=G
3.适用条件
四、引力常量
1.测量原理
2.实验测量值
教学反思
从行星做匀速圆周运动科学推理太阳对行星的吸引力，教学要设置合理的问题梯度，通过问题链，搭建脚手架，引导学生逐步推理分析，利用开普勒第三定律得到引力的方向和大小关系式。月地检验部分要重视科学假设的教学，科学定律的得出不仅仅依靠严密的逻辑推理，更需要大胆的假设和创新的想象力，通过渗透这一思想让学生学习科学精神。