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1、6.3 万有引力定律一、教学目标1.知识与技能(1)了解人类对天体运动探索的发展历程(2)了解万有引力定律的发现过程(3)知道万有引力定律(4)知道引力常数的大小和意义2.过程与方法(1)查阅资料，了解“地心说”与“日心说”模型提出的历史背景(2)了解“地心说”与“日心说”模型建立的依据，认识物理模型在物理学发展过程中的作用(3)通过对“地心说”与“日心说”争论的评述，提高交流、合作能力(4)以科学探究的方式，了解牛顿是怎样发现万有引力定律的3.情感、态度与价值观(1)由人类对天体运动的探索过程，培养学生尊重客观事实，实事求是的科学态度(2)让学生认识到科学的想像力建立在对事物长期深入的思考基
2、础之上牛顿万有引力定律的提出，除科学的想像力外，更离不开对物体间作用力的长期深入的思考。 (3)树立把物理事实作为证据的观念，形成根据证据、逻辑和既有知识进行科学解释的思维方法二、重点难点及处理是以牛顿对“苹果落地的思考”为主线展开讨论，展现了科学发现的过程，让学生领悟到科学发现的艰辛，同时体验到科学发现的乐趣。采用引导探究法：对难点的处理:科学家对行星运动原因作出种种猜想和假设从课本P44图3-1-5入手,学生思考再引导学生学生思考提供月球作匀速圆周运动的向心力是什么性质的力？地球表面水平抛出苹果，苹果将作何运动？最终引导学生得出：所有物体之间都存在吸引的力万有引力万有引力定律。(具体可根据
3、各校学生的情况采用讨论多一点还是讲授多一点)三、教学过程课前准备1：课前预习课文；2：带着问题到图书馆或互联网上 寻找资料，问题如下：(1)什么是“地心说”?它的核心内容是什么? (2)“地心说”在历史上所起的积极作用是什么，消极作用又是什么? (3)“地心说对人类的生活、生产，以及思想、政治、文化都起到了哪些影响? (4)宗教神权为何信奉“地心说”?它的危害仅限于人们对宇宙的错误认识吗? (5)古希腊也有人提出过“日心说”，为何人们没能重视它呢? (6)哥白尼的“日心说”有事实根据吗?3我国古代和当今在天文学方面取得哪些光辉的成就？（一）天体究竟是做怎样的运动？引入：日月升落，星光闪烁，自古
4、以来就吸引着人们探究其中的奥秘，提出了了种种学说，今天（结合当前对天体的研究作简单介绍（配合图片）如黑洞、人造卫星、人类登月、勇气号登上火星、我国的神舟五号上天等等，吸引学生对天体运动研究的兴趣; 最好能放一段录相，激发学生的兴趣），你学习了本章后，从中学习到了什么思想、方法，有什么感悟呢？你又将在未来中为我国的航天技术的发展作出什么贡献呢？为国际和平选用太空空间提供什么样的建议？这些都可以在学完本章后，写出小论文。人类对天体运动的认识，经历了一个漫长的发展的过程，在古代，人们根据日常人类对天体运动的认识，经历了一个漫长的发展过程，1、日心说和地心说（1）在古代，人们根据日常的观察和经验，提出
5、了“地心说”，认为地球是宇宙曲中心，是静止下动的，太阳、，月亮以及其他行星都绕地球运动这种学说经古希腊科学家托勒密（约公元2世纪)的发展，成为中世纪欧洲占统治地位的宇宙观统治人们思想达一千多年之久，并建立了阴历等。（结合图3-1-1讲解或结合教材配套光盘课件讲解；条件较好及生源较好的学校，最好采用让学生预习的基础上，让某个学习小组代表来讲解）（2）哥白尼的“日心说”及其重要意义（结合课本P42图3-1-1讲解或结合教材配套光盘课件讲解；条件较好及生源较好的学校，最好采用让学生预习的基础上，让某个学习小组代表来讲解）。讨论与交流课前带着问题到图书馆或互联网上寻找资料，问题如下：(1)什么是“地心
6、说”?它的核心内容是什么?(2)“地心说”在历史上所起的积极作用是什么，消极作用又是什么?(3)“地心说对人类的生活、生产，以及思想、政治、文化都起到了哪些影响?(4)宗教神权为何信奉“地心说”?它的危害仅限于人们对宇宙的错误认识吗?(5)古希腊也有人提出过“日心说”，为何人们没能重视它呢?(6)哥白尼的“日心说”有事实根据吗?然后让学习小组代表简略发表个人意见，对有代表性的文章，可张贴交流,控制在6分钟内,或由学生在课后通过张贴等方式交流。教师参考：本部分的“讨论与交流”是让学生发表对有关“地心说”与“日心说”争论的评述，要依据学生的能力作出不同的要求。对能力较差的学生，要求其知道“地心说”
7、与“日心说”的主要内容，知道它们都是对宇宙秩序的描述，都有一定的观察事实作为依据。对能力较强的学生，还要知道“地心说”提出的依据是什么，它对人们的生活、生产产生了哪些积极的影响，后来它又是怎样被宗教神权所利用而成为禁锢人们思想的枷锁；“日心说”提出的依据是什么，按照“日心说”的理论，人们解释了哪些“地心说”所不能解释的问题，它对人们的生活、生产产生了哪些影响根据“地心说”的理论，人们制了历法，用以指导人们狩猎、捕鱼和安排农业生产；根据“地心说”的理论，人们又绘制了星象图，用它指引航海和旅行；根据“地心说”的理论，人们安排宗教活动，在政治领域统治人们的思想；人们甚至根据“地心说”的理论，解释宇宙
8、的起源和物质的组成“日心说”理论提出以后，人们成功地解释了行星的退行现象以及亮度的周期性变化；并且绘制了更加准确的星象图，指导人们到更远的海域航行；更为重要的是它从根本上动摇了宗教神权的统治，砸碎了禁锢人们思想达1000多年的枷锁，使人们认识到地球只不过是一颗普通的行星，从此科学得到飞速的发展2、开普勒三大定律：结合图3-1-3,有条件的学校可结合教参配套光盘课件，或到网上下载动画效果更好。(1)开普勒第一定律(又叫椭圆轨道定律):所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。(2)开普勒第二定律(又叫面积定律):太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。(3)开普勒
9、第三定律(叉叫周期定律):所有行星的椭圆轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。数学表达式为： 其中，R为椭圆轨道的半长轴，T为公转周期，K是与行星无关的常量。一、 苹果落地的思考:万有引力定律的发现 1、天体为什么这样运动，科学家的猜想与假设 （结合课本P43图3-1-4，可让学生阅读后回答）并以此说明万有引力定律的发现是许多科学家共同努力的结果2、 对“苹果落地”的思考，采用引导探究法，从图3-1-5的思考开始，可分为以下几个层次：(1)不论是很高的苹果树还是很矮的苹果树，树上的苹果都会落地由此可知，即使苹果树长到月球那么高，苹果照样会落地那么，月球为何不落地呢?(2)苹果树上的
10、苹果相对地球静止，因此会落到地面；若月球相对地球静止，月球也将像苹果一样的落回地面月球在地面上空具有速度，没有落回地面，同样道理在月球处的苹果若具有月球一样的运动速度，它也将像月球一样不会落回地面能否假设月球和苹果受到的是同一性质的力呢？在此，可让学生阅读牛顿的“月一地”检验(3)由此可推知重力、行星对其卫星的引力、太阳对行星的引力可能是同一性质的力那么，这个力又是多大呢?(4)最后要强调牛顿又经过了许多年的思考和严密的数学推导以后，才正式提出了万有引力定律.在进行教学过程中，还要引导学生思考以下几个问题(1)谁都见过苹果落地，但为何只有牛顿能从中悟出其中的道理呢?(2)胡克、哈雷对重力的认识
11、已相当接近万有引力的表述，但他们为何没能提出万有引力定律呢?原因是：他们没有想到天体问的作用力与地面物体所受的力是同一性质的力；缺乏必要的数学知识(微积分)(3)科学不仅需要一定的专业知识，还需要一定的想像力:由牛顿在发现万有引力定律时所表现出来的想像力，你又受到哪些启发呢?在前人研究的基础上，经一系列想像、假设、理想实验、类比、归纳，牛顿终于发现了万有引力，并经严密的推理运算和实践检验，于1687年在其出版的自然哲学的数学原理一书中，正式提出了万有引力定律：3、万有引力定律。 (1)内容：略 (2)数学表达式：(3)引力常量：G=6.6710-11N/m2/kg2.(可以介绍引力常量的单位由
12、来)(4)适用条件：适用于两个质点间的万有引力大小的计算。对于质量分布均匀的球体，公式中的r就是它们球心之间的距离。（强调质点、质量分布均匀）(5)对万有引力定律的理解及意义： 万有引力的普遍性：任何客观存在的有质量的物体之间都存在着相互吸引的力。让人们认识到天上物体的运动规律也是可以认识的，对解放人们的思想起到了积极的作用，对后来的物理学和天文学的发展具有深远的影响； 万有引力的相互性：两个物体相互吸引的力是一对作用力和反作用力，它们大小相等，方向相反，分别作用于两个物体上。万有引力是自然界的一种基本作用力，对它的研究和探讨促进了物理学的发展，在人类认识自然的历史上起到了巨大的作用讨论与交流
13、：（1）对于第一个问题可这样思考：若没有万有引力的作用，地球表面的大气和水将会脱离地球表面，飞散到茫茫宇宙之中；地球表面的土、石以及人类也将在地球自转的影响下沿着地球表面的切线飞向宇宙之中，像流星一样在太空中邀游总之，没有万有引力的作用，地球上的一切物质都将飞散到整个宇宙之中，地球也终将会解体（2）对于第二个问题可假设你和同桌的质量都是60 kg，相距05m，由万有引力定律可计算出你们间的引力是9.6x10-7 N这个力到底有多大呢?一粒芝麻的质量大约是0004 g，其重力约为4x10-5N，大约是你和同桌引力的40多倍,因此,在地球上，由于物体的质量太小，物体间的引力可忽略。实践与拓展(1)
14、我国的天文学成就不论在古代还是现代，我国在天文学领域都取得了举世瞩目的成就有关这一方面内容的书籍比较多，学生也比较感兴趣教师可以向学生提供一些适合学生阅读的书目，也可以鼓励学生从网上查阅然后组织学生汇报交流（可在黑板报张贴交流） (2)加速度与物体的质量成反比的前提条件是物体所受到的合外力不变，而在自由落体运动中，F=GMm/R2=mg，物体所受到的舍外力，是随着R的变化而变化的；另外，由上式可推出g=GMm/R2,对任何物体只要在地球表面的同一高度，其重力加速度都是一样的拓展: 已知地球的质量为M，地球的半径为R，试求海拔高度为H的高山顶峰的重力加速度g为多少？ 解：质量为m的物体在高山顶峰
15、： - - - r=R+H - - - 由可得 三、课堂练习：1、 （物理（必修2）学习指导P21：第1题:）对于万有引力定律的表述式，下列说法中正确的是( )A.公式中G为引力常量，它是由实验测得的，而不是人为规定的 B.当r趋近于零时，万有引力趋于无穷大 C. m1与m2受到的引力大小总是相等的，方向相反，是一对平衡力 D. m1与m2受到的引力大小总足相等的，而与m1、m2 是否相等无关2.引力恒量G的单位是( ) A. N B. C. D.没有单位3.试求离地面H高度的重力加速度g是地面重力加速度度g的多少倍？4地球绕太阳周期和公转轨道半径分别为T1和R1，已知某行星绕太阳的周期为T2，则该行星绕太阳的公转轨道半径是多少？*5某星球的质量约为地球的9倍，半径约为地球的一半，若从地球上高h处平抛一物体，射程为60 m，则在该星球上，从同样高度处，以同样的初速度平抛同一物体，射程应为多少?（
