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1、2022年高中物理 萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)教案 新人教版必修2
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】:
一、知識(shí)與技能 :
1.理解太陽(yáng)與行星間引力的存在;
2.理解萬(wàn)有引力定律的含義,掌握萬(wàn)有引力定律的公式.
二、過(guò)程與方法:
根據(jù)開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律和牛頓第三定律推導(dǎo)出太陽(yáng)與行星間的引力表達(dá)式;了解萬(wàn)有引力定律得出的思路和過(guò)程.
三、情感態(tài)度與價(jià)值觀:
科學(xué)精神、科學(xué)思想方法的培養(yǎng);
【重難點(diǎn)】
重點(diǎn):萬(wàn)有引力定律的理解.
難點(diǎn):1太陽(yáng)與行星間的引力公式的推導(dǎo)過(guò)程;
2萬(wàn)有引力定律得出的思路和過(guò)程.
一. 回顧開(kāi)普勒定律:
開(kāi)普勒第一定律(幾何定律)
所有的行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)
2、的軌道都是 _____,太陽(yáng)處在所有橢圓的 _______上。
開(kāi)普勒第二定律(面積定律)
對(duì)于每一個(gè)行星而言,太陽(yáng)和行星的聯(lián)線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積。
開(kāi)普勒第三定律(周期定律)
所有行星的軌道的 _______的三次方跟 ________的二次方的比值都相等。
即:_______ (公式) k值與中心天體有關(guān),而與環(huán)繞天體無(wú)關(guān)。
開(kāi)普勒定律發(fā)現(xiàn)之后,人們開(kāi)始思考這樣的問(wèn)題:是什么力來(lái)維持行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)呢?
圍繞這個(gè)問(wèn)題,許多科學(xué)家提出了自己的觀點(diǎn):
伽利略:一切物體都有合并的趨勢(shì),這種趨勢(shì)導(dǎo)致物體作圓周運(yùn)動(dòng)
開(kāi)普勒:行星一定是受到了來(lái)自太陽(yáng)的類似磁力的作用。
3、笛卡爾:行星的運(yùn)動(dòng)是因?yàn)樵谛行侵車(chē)行D(zhuǎn)的物質(zhì)作用在行星上。
胡克:行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)是因?yàn)槭艿搅颂?yáng)對(duì)它的引力,提出如果行星的軌道是圓形的,它所受的引力大小跟行星到太陽(yáng)的距離的二次方成反比.但沒(méi)法證明在橢圓軌道規(guī)律也成立。
最后,牛頓在前人研究的基礎(chǔ)上,利用自己的運(yùn)動(dòng)定律把行星的向心加速度和和太陽(yáng)對(duì)他的引力聯(lián)系起來(lái)了。
這節(jié)課,我們就重溫牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的過(guò)程。
二、太陽(yáng)對(duì)行星的引力: 偉大的發(fā)現(xiàn)源于簡(jiǎn)單的猜想:
1.猜想:太陽(yáng)對(duì)行星的引力F應(yīng)該與行星到太陽(yáng)的距離r有關(guān),許多經(jīng)驗(yàn)使人很容易想到這一點(diǎn)。那么F與r的定量關(guān)系是什么?
2.簡(jiǎn)化模型:行星軌道按照_____
4、___來(lái)處理;
3.推理:
(1)行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)需要的向心力由什么力提供?大小如何?(行星的質(zhì)量m、線速度v、軌道半徑r) ________________
(2)天文觀測(cè)行星速度V很難,但可以得到行星的公轉(zhuǎn)周期T,可以將T與V的關(guān)系代入上式,即:________________
(3)應(yīng)用開(kāi)普勒第三定律消掉周期T:
(4)整理關(guān)系式:________________
(5)結(jié)論:________________
思考
(1)行星對(duì)太陽(yáng)有沒(méi)有作用力?為什么?________________
(2)行星對(duì)太陽(yáng)的作用力與那些因素關(guān)?________________
(3)
5、用表達(dá)式應(yīng)該如何表示?________________
(4)綜合起來(lái)得到太陽(yáng)與行星間的引力大小 ________________:
三、太陽(yáng)與行星間的引力:
寫(xiě)成等式有: ________________ (這是不是萬(wàn)有引力定律呢?)
通過(guò)以上的學(xué)習(xí),我們已經(jīng)知道太陽(yáng)和行星之間作用力的規(guī)律,那么我們進(jìn)一步的思考:
1、既然是行星與太陽(yáng)之間的力使得行星不能飛離太陽(yáng),那么,行星與太陽(yáng)之間的吸引力會(huì)不會(huì)與地球吸引蘋(píng)果的力是同一種力呢?
2、即使在很高的建筑物上或者在山上都不會(huì)發(fā)現(xiàn)重力有明顯的減弱,那么,這個(gè)力會(huì)不會(huì)延伸作用到月球上?拉住月球圍繞地球運(yùn)動(dòng)?
3、這個(gè)力,與拉著蘋(píng)果下落
6、的力以及地球、眾行星與太陽(yáng)之間的作用力是否是同一種力,遵循相同的規(guī)律?……
牛頓是怎樣把天體間的引力與地球?qū)Φ孛娓浇矬w的引力統(tǒng)一起來(lái)證明的呢?
四.月地檢驗(yàn):
當(dāng)時(shí)已知的一些量: 地表重力加速度:g = 9.8m/s2 地球半徑: R = 6400×103m
月球周期:T = 27.3天≈2.36×106s
驗(yàn)證過(guò)程:
大膽地猜想:太陽(yáng)吸引行星;地球吸引蘋(píng)果;那么,蘋(píng)果能不能吸引蘋(píng)果?任何物體之間是不是都有吸引力呢?
五、萬(wàn)有引力定律:
1、定律表述:自然界中任何兩個(gè)物體都是互相吸引的,引力的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比,跟
7、它們的距離的二次方成反比
2、公式:
(1)G: 引力常量 G=________(卡文迪許最早準(zhǔn)確的測(cè)出其數(shù)值)
①引力常量適用于任何兩個(gè)物體
②意義:在數(shù)值上等于兩個(gè)質(zhì)量都是1kg的物體相距1m時(shí)的相互作用力。
(2) r :① 質(zhì)點(diǎn) 質(zhì)點(diǎn)間的距離
②均勻球體 球心間的距離
六、課堂達(dá)標(biāo)練習(xí):
1.下面關(guān)于太陽(yáng)對(duì)行星的引力說(shuō)法中的正確的是 : ( )
A 太陽(yáng)對(duì)行星的引力等于行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力
B 太陽(yáng)對(duì)行星的引力大小與行星的質(zhì)量成正比,與行星和太陽(yáng)間的距離成反比
C 太陽(yáng)對(duì)行星的引力規(guī)律是由實(shí)驗(yàn)
8、得出的
D太陽(yáng)對(duì)行星的引力規(guī)律是由開(kāi)普勒定律和行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律推導(dǎo)出來(lái)的
2. 粗略的計(jì)算一下兩位質(zhì)量為50kg的同學(xué),相距0.5m的時(shí)候,他們之間的引力是多少?
3.縱觀萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)歷程,你覺(jué)得科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一般過(guò)程是什么?你能概括一下嗎?
科學(xué)研究過(guò)程的基本要素包含以下幾點(diǎn):①提出假設(shè);②對(duì)現(xiàn)象的一般觀察;③通過(guò)試驗(yàn)對(duì)推論進(jìn)行檢驗(yàn);④運(yùn)用邏輯(包括數(shù)學(xué))得出推論; ⑤對(duì)假說(shuō)進(jìn)行修正和推廣。請(qǐng)按科學(xué)研究過(guò)程進(jìn)行排序。(只填序號(hào))
答案:________________________________
4.已知地球表面的重力加速度為g,地球半徑為R,萬(wàn)有引力常量為G,用以上各量表示,地球質(zhì)量M為多少?
七、小結(jié):
1、探究太陽(yáng)與行星間的引力:
(1)太陽(yáng)對(duì)行星的引力: (2)行星對(duì)太陽(yáng)的引力:
2、通過(guò)“月地實(shí)驗(yàn)”證明了“天上的力”與 “地下的力”是同一性質(zhì)的力:
3、再大膽地猜想,得到了萬(wàn)有引力定律:
八、課后作業(yè):
1、完成市編學(xué)案對(duì)應(yīng)的習(xí)題;
2、預(yù)習(xí)第四節(jié)《萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用》: