1、人教版高中物理必修二萬有引力恒量人教版高中物理必修二萬有引力恒量PAGEPAGE5人教版高中物理必修二萬有引力恒量PAGE萬有引力恒量的測(cè)定授課方案一、教育目標(biāo)1在開普勒第三定律的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)獲得萬有引力定律，使學(xué)生對(duì)此規(guī)律有初步理解。2介紹萬有引力恒量的測(cè)定形式，增加學(xué)生對(duì)萬有引力定律的感性認(rèn)識(shí)。3經(jīng)過牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的思慮過程和卡文迪許扭秤的設(shè)計(jì)形式，浸透科學(xué)發(fā)現(xiàn)與科學(xué)實(shí)驗(yàn)的形式論教育。二、要點(diǎn)、難點(diǎn)解析1萬有引力定律的推導(dǎo)過程，既是本節(jié)課的要點(diǎn)，又是學(xué)生理解的難點(diǎn)，因此要依據(jù)學(xué)生反應(yīng)，調(diào)理解說速度及形式。2因?yàn)檎Ｎ矬w間的萬有引力極小，學(xué)生對(duì)此缺少感性認(rèn)識(shí)，又沒法進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，故應(yīng)增

2、強(qiáng)舉例。三、教具卡文迪許扭秤模型。四、教育過程(一)引入新課1引課：前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了相關(guān)圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，我們知道做圓周運(yùn)動(dòng)的物體都需要一個(gè)向心力，而向心力是一種見效力，是由物體所受實(shí)質(zhì)力的合力或分力來供給的。其余我們還知道，月球是繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的，那么我們想過沒有，月球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由誰來供給的呢？(學(xué)生正常會(huì)答復(fù)：地球?qū)υ虑蛴幸Α?我們?cè)賮砜匆粋€(gè)實(shí)驗(yàn)：我把一個(gè)粉筆頭由靜止開釋，粉筆頭會(huì)下落到地面。實(shí)驗(yàn)：粉筆頭自由下落。1/5同學(xué)們想過沒有，粉筆頭為何是向下運(yùn)動(dòng)，而不是向其余目標(biāo)運(yùn)動(dòng)呢？同學(xué)也許會(huì)說，重力的目標(biāo)是豎直向下的，那么重力又是怎么產(chǎn)生的呢？地球?qū)Ψ酃P頭的引力與地球?qū)υ虑虻?/p>

3、引力是否是一種力呢？(學(xué)生正常會(huì)答復(fù)：是。)這個(gè)問題也是300多年前牛頓苦思冥想的問題，牛頓的結(jié)論也是：yes。既然地球?qū)Ψ酃P頭的引力與地球?qū)υ虑蛴幸κ且环N力，那么這類力是由什么要素選擇的，是唯有地球?qū)ξ矬w有這類力呢，還是全部物體間都存在這類力呢？這就是我們今日要研究的萬有引力定律。板書：萬有引力定律(二)教育過程1萬有引力定律的推導(dǎo)開始讓我們回到牛頓的年頭，從他的角度進(jìn)行一下思慮吧。那時(shí)“日心說”已在科學(xué)界基本否定了“地心說”，假如認(rèn)為唯有地球?qū)ξ矬w存在引力，即地球是一個(gè)特別物體，則定然會(huì)退回“地球是宇宙中心”的說法，而認(rèn)為物體間廣泛存在著引力，可這類引力在生活中又難以觀察到，原由是什么呢

4、？(學(xué)生也許會(huì)答出：正常物體間，這類引力很小。如不可以夠答出，教師可引誘。)因此要研究這種引力，只好從這類引力表現(xiàn)比較明顯的物體天體的問題下手。那時(shí)有一個(gè)天文學(xué)家開普勒經(jīng)過觀察數(shù)據(jù)獲得了一個(gè)規(guī)律：全部行星軌道半徑的3次方與運(yùn)動(dòng)周期的2次方之比是一個(gè)定值，即開普勒第此中m為行星質(zhì)量，R為行星軌道半徑，即太陽與行星的間隔。也就是說，太陽對(duì)行星的引力正比于行星的質(zhì)量而反比于太陽與行星的間隔的平方。而此時(shí)牛頓已經(jīng)獲得他的第三定律，即作用力等于反作用力，用在這里，就是行星對(duì)太陽也有引力。同時(shí)，xx也不是一個(gè)特別物體，它用語言表述，就是：太陽與行星之間的引力，與它們質(zhì)量的乘積成正比，與它們間隔的平方成反比

5、。這就是xx的萬有引力定律。假如改2/5此中G為一個(gè)常數(shù)，叫做萬有引力恒量。(視學(xué)生狀況，可重申與物體重力但是用一致字母表示，其實(shí)不是一致個(gè)含義。)應(yīng)當(dāng)說明的是，牛頓得出這個(gè)規(guī)律，是在與胡克等人的商討中獲得的。2萬有引力定律的理解下邊我們對(duì)萬有引力定律做進(jìn)一步的說明：(1)萬有引力存在于任何兩個(gè)物體之間。固然我們推導(dǎo)萬有引力定律是從太陽對(duì)行星的引力導(dǎo)出的，但剛才我們已經(jīng)解析過，太陽與行星都不是特其余物體，因此萬有引力存在于任何兩個(gè)物體之間。也正因?yàn)榇?，這個(gè)引力稱做萬有引力。只但是正常物體的質(zhì)量與星球比較過于小了，它們之間的萬有引力也分外小，完滿能夠忽視不計(jì)。因此萬有引力定律的表述是：板書：任何

6、兩個(gè)物體都是互相吸引的，引力的大小跟兩個(gè)物體的質(zhì)此中m1、m2辯解表示兩個(gè)物體的質(zhì)量，r為它們間的間隔。(2)萬有引力定律中的間隔r，其含義是兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的間隔。兩個(gè)物體相距很遠(yuǎn)，則物體正常能夠視為質(zhì)點(diǎn)。但假如是劃定形狀的平勻物體相距較近，則應(yīng)把r理解為它們的幾何中心的間隔。比方物體是兩個(gè)球體，r就是兩個(gè)球心間的間隔。(3)萬有引力是因?yàn)槲矬w有質(zhì)量而產(chǎn)生的引力。從萬有引力定律能夠看出，物體間的萬有引力由互相作用的兩個(gè)物體的質(zhì)量選擇，因此質(zhì)量是萬有引力的產(chǎn)生原由。從這一產(chǎn)生原由能夠看出：萬有引力不一樣樣于我們初中所學(xué)習(xí)過的電荷間的引力及磁極間的引力，也不一樣樣于我們今后要學(xué)習(xí)的份子間的引力。3萬有

7、引力恒量的測(cè)定牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，但萬有引力恒量G這個(gè)常數(shù)是多少，連他自己也不知道。按說只需測(cè)出兩個(gè)物體的質(zhì)量，測(cè)出兩個(gè)物體間的間隔，再測(cè)出物3/5體間的引力，代入萬有引力定律，就能夠測(cè)出這個(gè)恒量。但因?yàn)檎Ｎ矬w的質(zhì)量太小了，它們間的引力沒法測(cè)出，而天體的質(zhì)量太大了，又沒法測(cè)出質(zhì)量。因此，萬有引力定律發(fā)現(xiàn)了100多年，萬有引力恒量仍沒有一個(gè)正確的結(jié)果，這個(gè)公式就還是不可以夠是一個(gè)圓滿的等式。直到100多年后，英國人卡文迪許利用扭秤，才奇妙地測(cè)出了這個(gè)恒量。這是一個(gè)卡文迪許扭秤的模型。(教師出示模型，并拆裝解說)這個(gè)扭秤的主要部分是這樣一個(gè)T字形輕而結(jié)實(shí)的框架，把這個(gè)T形架倒掛在一根石英絲下

8、。若在T形架的兩頭施加兩個(gè)大小相當(dāng)、目標(biāo)相反的力，石英絲就會(huì)扭轉(zhuǎn)一個(gè)角度。力越大，扭轉(zhuǎn)的角度也越大。反過來，假如測(cè)出T形架轉(zhuǎn)過的角度，也就能夠測(cè)出T形架兩頭所受力的大小。此刻在T形架的兩頭各牢靠一個(gè)小球，再在每個(gè)小球的四周各放一個(gè)大球，大小兩個(gè)球間的間隔是能夠較簡單測(cè)定的。依據(jù)萬有引力定律，大球會(huì)對(duì)小球產(chǎn)生引力，T形架會(huì)隨之扭轉(zhuǎn)，只需測(cè)出其扭轉(zhuǎn)的角度，就能夠測(cè)出引力的大小。自然因?yàn)橐苄?，這個(gè)扭轉(zhuǎn)的角度會(huì)很小。如何才能把這個(gè)角度測(cè)出來呢？卡文迪許在T形架上裝了一面小鏡子，用一束光射向鏡子，經(jīng)鏡子反射后的光射向遠(yuǎn)處的刻度尺，當(dāng)鏡子與T形架一同發(fā)生一個(gè)很小的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，刻度尺上的光斑會(huì)發(fā)生較大的挪動(dòng)

9、。這樣，就起到一個(gè)化小為大的見效，經(jīng)過測(cè)定光斑的挪動(dòng)，測(cè)定了T形架在擱置大球前后扭轉(zhuǎn)的角度，從而測(cè)定了此時(shí)大球?qū)π∏虻囊??？ㄎ牡显S用此扭秤考證了牛頓萬有引力定律，并測(cè)定出萬有引力恒量G的數(shù)值。這個(gè)數(shù)值與近代用更為科學(xué)的形式測(cè)定的數(shù)值長短常湊近的?？ㄎ牡显S測(cè)定的G值為6.75410-，11此刻公認(rèn)的G值為6.6710-。11需要注意的是，這個(gè)萬有引力恒量是有單位的：它的單位應(yīng)當(dāng)是乘以兩個(gè)質(zhì)量的單位千克，再除以間隔的單位米的平方后，獲得力的單位牛頓，故應(yīng)為Nm2/kg2。板書：G=6.6710-11Nm2/kg2因?yàn)槿f有引力恒量的數(shù)值分外小，因此正常質(zhì)量的物體之間的萬有引力是很小的，我們能夠預(yù)計(jì)

10、一下，兩個(gè)質(zhì)量50kg的同學(xué)相距0.5m時(shí)之間的萬有引力有多大(可由學(xué)生答復(fù)：約6.6710-7N)，這么小的力我們是根本感覺不到的。唯有質(zhì)量很大的物體對(duì)正常物體的引力我們才能感覺到，如地球?qū)ξ覀兊囊?/5約略就是我們的重力，月球?qū)Υ蠛５囊σ灾铝顺毕F(xiàn)象。而天體之間的引力因?yàn)樾乔虻馁|(zhì)量很大，又長短常驚人的：如太陽對(duì)地球的引力達(dá)3.561022N。(三)講堂小結(jié)本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了萬有引力定律，認(rèn)識(shí)了任何兩個(gè)有質(zhì)量的物體之間都存在著一種引力，這個(gè)引力正比于兩個(gè)物體質(zhì)量的乘積，反比于兩個(gè)物體間的間隔。其大小的選擇式為：此中G為萬有引力恒量：G=6.6710-11Nm2/kg2其余，我們還認(rèn)識(shí)了科學(xué)家解析物體、解決問題的形式和技巧，期盼對(duì)我們今后解析問題、解決問題能夠有所借鑒。五、說明1設(shè)計(jì)思路：本節(jié)課因?yàn)閮?nèi)容限制，以教師教育為主。為能夠吸引學(xué)生