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1、1第五章 天体运动 万有引力教学案例教学目标 1 知道万有引力； 2 理解和运用万有引力定律； 教学重点 万有引力和万有引力定律 教学难点 理解和运用万有引力定律 教学准备 宇宙结构图 教学设计思路及教学流程情景引入 万有引力牛顿发现万有 引力的经过 万有引力定律卡文迪许扭秤实验 万有引力定律的运用 小结2一、教学过程 引入：浩瀚宇宙，星移斗转，天体不停地运动。天文观察到的结果表明，宇宙中存在着约由 2000 多亿个恒星系组成的银河系和 10 亿多个河外星系，其中与人类关系最密切的恒星系是太阳系。太阳系的行星都围绕太阳在椭圆轨道上运行，月亮作为地球的卫星也围绕地球运行，这些椭圆轨道可近似看成是
2、圆轨道，这些天体运动也相应可近似看成匀速圆周运动。认识物理是我们解释、利用和改造自然的工具，激发学习物理知识的热认识物理是我们解释、利用和改造自然的工具，激发学习物理知识的热 情和兴趣，产生好奇心，激起求知欲。情和兴趣，产生好奇心，激起求知欲。大家谈：如前所学，任何物体做匀速圆周运动都必须有向心力，天空中没有长长的钢链。究竟是什么神秘的力量能使遥远的星球不断改变运动方向，沿着圆周运动呢？这就是我们要探讨的问题。（学生讨论）一、万有引力任何具有质量的物体间都存在相互吸引的作用力，这种相互吸引的作用力就称为万有引力。科学巨匠牛顿在 22 岁时，取得英国剑桥大学的学士学位，并受邀请留校。但由于瘟疫流
3、行，学校关闭，于是他回到了自家的农场，在哥白尼、第谷、开普勒、笛卡儿、伽利略等人奠定的基础上，完成了一系列重大的科学活动。根据牛顿在晚年的描述，当他在天空看到月亮时，恰好一个苹果从树上掉下，这时灵感来到他脑海中：作用在苹果上使苹果落地的力，和作用在月亮上使月亮做圆周运动的力可能是同一个来源，即地球的引力。当时，只有牛顿才把这两个司空见惯、似乎毫不相干的事件联系起来。经过严密论证，证明这种力的大小与距离的平方成反比。进而他认为，这种地球引力与太阳对行星的作用力、与一个行星对其卫星的作用力是相同的。3最后形成一种观点，即所有物体之间都存在同样性质的相互吸引作用，这种作用被称为万有引力介绍世界著名物
4、理学家的传略、史话。激发学生树立为科学真理，为人类介绍世界著名物理学家的传略、史话。激发学生树立为科学真理，为人类进步而献身的远大理想。进步而献身的远大理想。二、万有引力定律两个物体间的引力 F 的大小，跟两物体质量的乘积 m m 成正比，跟两12物体距离 r 的平方成反比，这条规律叫做万有引力定律。万有引力可用下面的公式来表示 F= 221 rmGm式中 G 表示引力常量。 由精确实验测量可知 G=6.67 10Nm /kg 。1122G 的数值就是两个质量 1kg 的物体相距 1m 时，它们之间万有引力的大小。三、卡文迪许实验卡文迪许利用扭秤验证了万有引力定律，并测出了引力常量。牛顿发现了
5、万有引力，并在前人的基础上，总结出万有引力的规律。但限于当时的条件，还不能在实验室直接验证万有引力的存在及其规律。直到牛顿发现万有引力的 100 多年后，英国科学家卡文迪许才利用扭秤这一巧妙的实验装置，解决了问题。扭秤的关键就是在石英丝上装一个平面镜，利用平面镜对光线的反射，显示石英丝极微小的扭转角，从而测量出极微小的万有引力，验证了万有引力的规律和测出引力常量 G。培养善于观察，勤于思考。科学推理、勇于创新的科学精神。培养善于观察，勤于思考。科学推理、勇于创新的科学精神。激发学习物理知识的热情和兴趣，产生好奇心，激起求知欲。激发学习物理知识的热情和兴趣，产生好奇心，激起求知欲。学生讨论：1.
6、 既然吸引苹果和吸引月亮的都是万有引力，为什么苹果会掉到地上，4而月亮从来不会掉下来？2. 如果有一天万有引力突然消失，世界将发生什么变化？对你的生活将产生什么影响？认识物理是我们解释、利用和改造自然的工具，激发学习物理知识的热认识物理是我们解释、利用和改造自然的工具，激发学习物理知识的热情和兴趣，产生好奇心，激起求知欲。情和兴趣，产生好奇心，激起求知欲。示例示例 1 1 地球绕太阳公转轨道的半径是 1.5 1011m，公转周期是 3.16 107s，试用万有引力定律求太阳的质量。分析：知道地球做圆周运动的半径和周期就可以算出向心加速度，由向心加速度可联系到向心力而此处向心力就是万有引力，而万
7、有引力与太阳质量有关，按此思路可逐步求解。解答：设太阳质量 m，地球质量为 m ，地球绕太阳公转的半径为 r，则由万有引力定律和向心力公式，有Gmm/r2=m(2/T)2r m=42r3/GT2=43.142(1.51011)3/6.6710-11(3.16107)2 kg21030 kg 。示例示例 2 2 地球表面的物体受到的重力也遵循万有引力定律，已知地球的质量 m=5.976 1024kg，地球半径 r=6.371 106m 。求地球表面重力加速度的大小。分析：在地球表面，物体所受重力的大小实际上就是地球对它的万有引力的大小，知道了万有引力和质量 m ，就可计算重力加速度的大小。解答： mg=Gmm/r2 代入得g=Gm/r2=6.6710-115.9761024/(6.371106)2 m/s29.82 m/s2回家作业：P118 训练与应用2009 年 4 月 293万屯镇中学教师：葛周
