《萬有引力定律》教案教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)重點、難點【教學(xué)目標(biāo)】知道萬有引力定律。通過萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程，培養(yǎng)學(xué)生基于證據(jù)的科學(xué)論證能力。通過科學(xué)家追求統(tǒng)一性的歷程，體會科學(xué)的簡潔美?！倦y點】月-地檢驗地球引力與距離平方反比?！局攸c】太陽引力與距離、質(zhì)量關(guān)系的推導(dǎo)。教學(xué)過程(表格描述)教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)活動設(shè)置意圖環(huán)環(huán)節(jié)一行星與太陽間的引力環(huán)節(jié)二：月地檢驗環(huán)節(jié)三：萬有引力定律環(huán)節(jié)四引力常量環(huán)節(jié)五啟示復(fù)習(xí)和引入復(fù)習(xí)《行星的運動》，開普勒第三定律內(nèi)容。問題：行星為什么會繞著太陽運動？開普勒的類比：小精靈--氣味和熱量--光和熱--磁力--太陽的引力引力的大小與星體的質(zhì)量、行星與太陽間的距離（也就是圓周運動的半徑）有關(guān)。1.引力F與r的關(guān)系問題：引力的大小與行星和太陽間距離r有怎樣的關(guān)系呢？具體的，咱們可以分步研究以下一系列問題。已知行星運動的周期和半徑（1）如何表達(dá)行星做圓周運動的向心加速度？（2）行星以這么大的周期和半徑做圓周運動，所需的向心力多大？（3）能不能由此關(guān)系式，就說F與r成正比呢？（4）在我們學(xué)過的行星運動知識中，有描述軌道半徑r和周期T關(guān)系的嗎？（5）如何找到引力F與距離r的關(guān)系？2.引力F與太陽質(zhì)量的關(guān)系問題：那么引力的大小與太陽質(zhì)量有怎樣的關(guān)系呢？通過引力性質(zhì)和牛頓第三定律即我們猜想寫成等式就是F日=GM拓展討論:G與開普勒常量K。問題：若把以太陽為中心天體的系統(tǒng)，換成以地球為中心天體的系統(tǒng)，那么衛(wèi)星與地球間的力是否也存在同樣的規(guī)律呢？模型1.地球系的兩顆衛(wèi)星：假設(shè)1地球與衛(wèi)星間的力，與太陽與行星間的力是同一性質(zhì)。模型2.地球系的蘋果月球。假設(shè)2地球與蘋果間的力，也是同一性質(zhì)。檢驗已知：自由落體加速度g為9.8m/s2，地球半徑R為6.4×10我們得到g

1內(nèi)容：自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2的乘積成正比、與它們之間距離r的平方成反比，即F=GM式中質(zhì)量的單位用千克（kg），距離的單位用米（m），力的單位用牛（N）。G是比例系數(shù)，叫作引力常量，適用于任何兩個物體。2意義：追求“簡潔統(tǒng)一”。哥白尼提出行星軌道日心說---開普勒提出行星運動定律---牛頓提出萬有引力定律。1.國物理學(xué)家卡文迪什比較準(zhǔn)確地得出了G的數(shù)值。通常取G＝6.67×10-11N·m2/kg2。思考與討論：籃球的重力,與籃球間的萬有引力。2.拓展內(nèi)容：引力常量的測量。問題：通過這節(jié)課，從科學(xué)研究的角度上，能帶給我們哪些啟示呢？論證推導(dǎo)拓展推導(dǎo)練習(xí)：在新情境中運用論證推導(dǎo)能力。假設(shè)問題：咱們這節(jié)課有哪些假設(shè)？證據(jù)伽利略提供了日心說的證據(jù)---弟谷的天文觀測記錄為開普勒發(fā)現(xiàn)行星運動規(guī)律奠定了基礎(chǔ)---行星運動定律又為引力定律提供了支持---“月—地檢驗”進(jìn)一步檢驗了引力定律---引力常量的普適性成了萬有引力定律正確的有力證據(jù)。小結(jié)：重點思考下面兩個問題：1.如何推導(dǎo)出引力與距離的平方成反比？2.如何驗證萬有引力定律？通過科學(xué)家的思路歷程，滲透類比的方法。前邊的定性研究為后邊定量研究做基礎(chǔ)。通過萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程，培養(yǎng)學(xué)生基于證據(jù)的科學(xué)論證能力。為突破難點，在月地檢驗前用地球系兩衛(wèi)星模型搭臺階，同時強化用圖境分析。通過月地檢驗，使學(xué)生認(rèn)識大膽假設(shè)的意義，和培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)意識。了解萬有引力定律的由來，知道規(guī)律的內(nèi)容。通過科學(xué)家追求統(tǒng)一性的歷程，體會科學(xué)的簡潔美。了解引力常量的意義和測量。滲透數(shù)量級思維。從科學(xué)研究的角度，梳理假設(shè)、論證、證據(jù)的意義。課后篇鞏固提升合格考達(dá)標(biāo)練1.月球在如圖所示的軌道上繞地球運行,近地點、遠(yuǎn)地點受地球的萬有引力分別為F1、F2,則F1、F2的大小關(guān)系是()A.F1<F2 B.F1>F2C.F1=F2 D.無法確定答案B解析根據(jù)萬有引力定律可知,當(dāng)兩物體的質(zhì)量確定時,引力與物體之間的距離的二次方成反比,有F1>F2,選項B正確。2.關(guān)于萬有引力定律,下列說法正確的是()A.牛頓是在開普勒揭示的行星運動規(guī)律的基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律,因此萬有引力定律僅適用于天體之間B.卡文迪什首先用實驗比較準(zhǔn)確地測定了引力常量G的數(shù)值C.兩物體各自受到對方引力的大小不一定相等,質(zhì)量大的物體受到的引力也大D.萬有引力定律對質(zhì)量大的物體適用,對質(zhì)量小的物體不適用答案B解析萬有引力定律適用于所有物體間,A、D錯誤;根據(jù)物理學(xué)史可知卡文迪什首先用實驗比較準(zhǔn)確地測定了引力常量G的數(shù)值,B正確;兩物體各自受到對方的引力遵循牛頓第三定律,大小相等,C錯誤。3.根據(jù)萬有引力定律,兩個質(zhì)量分別是m1和m2的物體,它們之間的距離為r時,它們之間的吸引力大小為F=Gm1m2r2,式中A.kg·m/s2 B.N·kg2/m2C.m3/(s2·kg) D.m2/(s2·kg2)答案C解析國際單位制中質(zhì)量m、距離r、力F的基本單位分別是kg、m、kg·m/s2,根據(jù)萬有引力定律F=Gm1m2r2,得到用國際單位制的基本單位表示G的單位為m3/(s4.圖甲是用來“顯示桌(或支持)面的微小形變”的演示實驗;圖乙是用來“測量萬有引力常量”的實驗。由圖可知,兩個實驗共同的物理思想方法是()A.極限的思想方法 B.放大的思想方法C.控制變量的思想方法 D.猜想的思想方法答案B5.地球?qū)υ虑蚓哂邢喈?dāng)大的引力,可它們沒有靠在一起,這是因為()A.不僅地球?qū)υ虑蛴幸?月球?qū)Φ厍蛞灿幸?這兩個力大小相等,方向相反,互相抵消了B.不僅地球?qū)υ虑蛴幸?太陽系中的其他星球?qū)υ虑蛞灿幸?這些力的合力為零C.地球?qū)υ虑虻囊€不算大D.地球?qū)υ虑虻囊Σ粩喔淖冊虑虻倪\動方向,使得月球圍繞地球做圓周運動答案D解析地球?qū)υ虑虻囊驮虑驅(qū)Φ厍虻囊κ窍嗷プ饔昧?作用在兩個物體上,不能互相抵消,選項A錯誤;地球?qū)υ虑虻囊μ峁┝嗽虑蚶@地球做圓周運動的向心力,從而不斷改變月球的運動方向,選項B、C錯誤,D正確。6.已知地球半徑為R,地球表面重力加速度為g,忽略地球自轉(zhuǎn)的影響,在距地面高度為h的空中重力加速度是地球表面上重力加速度的幾倍?答案R解析不計地球自轉(zhuǎn)的影響,物體受到的重力等于物體受到的萬有引力。設(shè)地球質(zhì)量為m地,物體質(zhì)量為m,則在地面mg=Gm地mR2在解得g'等級考提升練7.地球繞太陽運行軌道與月球繞地球運行軌道均可視為圓軌道。已知太陽質(zhì)量約為月球質(zhì)量的2.7×107倍,地球繞太陽運行的軌道半徑約為月球繞地球運行的軌道半徑的400倍。關(guān)于太陽和月球?qū)Φ厍蛏舷嗤|(zhì)量海水的引力,以下說法正確的是()A.太陽引力遠(yuǎn)小于月球引力B.太陽引力與月球引力相差不大C.月球?qū)Σ煌瑓^(qū)域海水的吸引力大小相等D.月球?qū)Σ煌瑓^(qū)域海水的吸引力大小有差異答案D解析根據(jù)F=Gm1m2R2,可得F太F月=m太m月·R月2R8.假設(shè)地球是一半徑為R、質(zhì)量分布均勻的球體。一礦井深度為d。已知質(zhì)量分布均勻的球殼對殼內(nèi)物體的引力為零。則礦井底部和地面處的重力加速度大小之比為()A.1-dR B.1+C.R-dR2答案A解析設(shè)地球的密度為ρ,根據(jù)萬有引力定律可知,地球表面的重力加速度g=Gm地R2。地球質(zhì)量可表示為m地=43πR3ρ,所以礦井下以(R-d)為半徑的地球的質(zhì)量為m地'=43π(R-d)3ρ=R-dR3m地,則礦井底部處的重力加速度g'=Gm地'(R-d)29.2019年1月,我國嫦娥四號探測器成功在月球背面軟著陸。在探測器“奔向”月球的過程中,用h表示探測器與地球表面的距離,F表示它所受的地球引力,能夠描述F隨h變化關(guān)系的圖像是()答案D解析根據(jù)萬有引力定律F=Gm1m2r2=Gm地m探(R+?)2可知,探測器所受的地球引力F隨h增加而減小10.科學(xué)家在太陽系外發(fā)現(xiàn)了一顆“宜居”行星,其質(zhì)量約為地球質(zhì)量的6.4倍,一個在地球表面重力為600N的人在這個行星表面重力將變?yōu)?60N。由此可推知,該行星的半徑與地球半徑的比值約為()A.0.5 B.2C.3.2 D.4答案B解析若地球質(zhì)量為m0,則“宜居”行星質(zhì)量為m=6.4m0,由m'g=Gm0m'r02和m'g'=Gmm'r11.如圖所示,火箭內(nèi)平臺上放有測試儀,火箭從地面啟動后,以加速度g2(g為地面附近的重力加速度)豎直向上勻加速運動,升到某一高度時,測試儀對平臺的壓力為啟動前壓力的1718。已知地球半徑為答案R解析啟動前測試儀對平臺的壓力FN1=mg①設(shè)火箭離地面的高度為h時,測試儀對平臺的壓力為FN2,根據(jù)牛頓第三定律,平臺對測試儀的支持力大小也等于FN2的大小。對測試儀由牛頓第二定律得FN2-mg'=mg2②由題意得FN2F由①②③式解得g'=49g④根據(jù)萬有引力定律知mg=Gm地mR2,則mg'=Gm地m(R+?由④⑤⑥式解得h=R212.火星半徑約為地球半徑的一半,火星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的19。一位航天員連同航天服在地球上的質(zhì)量為50kg。地球表面的重力加速度g取10m/s2(1