1、3.1 万有引力定律 教学目标 知识与技能 1.了解人类对天体运动探索的发展历程。 2.了解开普勒三大定律。 3.了解万有引力定律的发现过程。 4.知道万有引力定律。 5.知道引力常数的大小和意义。 过程与方法 1.通过对“地心说”与“日心说”争论的评述，提高交流、合作能力。 2.以科学探究的方式，了解牛顿是怎样发现万有引力定律的。 情感、态度与价值观 1.由人类对天体运动的探究过程，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象力建立在对事物长期深入的思考基础上。 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。 教学重点 万有
2、引力定律及其建立过程 教学难点 万有引力定律的发现过程。牛顿将天体间的力与地面物体受到的重力想象成同一性 质的力，而这种想象是建立在十分抽象的逻辑推理之上的。 教学准备 CAI 课件 课时安排 1 课时 教学步骤 意 图 教师活动 学生活动 可能出 现的问 题 导 入 新 课 人类在自己的发展过程中首先就遇到 了时间的测量，如一年为什么有春夏秋冬 季节的更替，为什么有白天和黑夜，旱季 或雨季什么时候开始等等。为了解决这些 问题，人类通过对天体太阳、月亮、 行星和恒星的观察，找到了解决问题的办 法，人类就这样开始对天体的位置和运动 的研究。 回答问题：地球公转、 地球自转 一、天体究竟做怎样的运
3、动 (一)古人对天体运动的看法及发展过程 1、A.让同学自己阅读天体究竟做怎样 的运动这一小节，提出问题： 阅读课文,并从课文中找出相应 的答案. 1.地心说日心说圆周运动 新 课 教 学 （1）人们对天体运动的探索过程存在 哪些看法? （2）这些看法的观点是什么？ 投影显示 “地心说”和“日心说”课件 B.深入探究 投影显示 请同学们在前面的基础上讨论: 1.“地心说”为什么能占领较长的统治 时间? 2.俗话说“眼见为实”,这种说法是否 绝对正确?试举例 . 3.“日心说”为什么能战胜“地心说”? 4.“日心说”的观点是否正确? 5. “地心说”和“日心说”理论提出 后，即使是错误的理论也包
4、含一定的价值， 对人们的生活、生产产生了哪些影响？ （同学们课外查找资料了解） C.教师总结 事实上从“地心说”向“日心说”的 过渡经历了漫长的时间,并且科学家们付出 了艰苦的奋斗,哥白尼的 “日心说”观点不 符合当时欧洲统治教会的利益,因而受到了 教会的迫害。然而，科学真理的确立是任 何愚昧势力所阻挡不了的。经过后人的不 懈努力和探索，哥白尼的日心说终于取得 胜利。 前人的这种对问题一丝不苟、孜孜以 求的精神值得大家学习,所以我们对待学习 要脚踏实地,认认真真,不放过一点疑问. （二）开普勒对行星运动的研究 不论“地心说”还是“日心说” ，古人 把天体的运动看得十分神圣,都认为天体的 运动不
5、同于地面物体的运动,天体做的是最 完美、最和谐的匀速圆周运动. 后来，开普勒在应用行星绕太阳做椭 圆运动的模型描述火星的运动时，发现与 他的老师第谷对火星运行轨道的观测值有 误差。开普勒思考：是第谷观察数据错了， 还是火星根本就不做圆形轨道运动呢？开 普勒坚信第谷的数据是正确的，经过 4 年 多的刻苦计算，先后否定了十九种设想， 与事实矛盾椭圆运动开普勒 对行星运动的描述 2.“地心说”认为地球是宇宙 的中心,是静止不动的,太阳,月亮以 及其他行星都绕地球运动;“ 日心 说”认为太阳是宇宙的中心,地球, 月亮以及其他行星都在绕太阳运动. 1.“地心说”占领统治地位时 间较长的原因是由于它比较符
6、合人 们的日常经验,如:太阳从东边升起 , 从西边落下;同时它也符合当时在 政治上占统治地位的宗教神学观点. 2.由于“日心说”最终战胜了 “地心说”,虽然“地心说”符合人 们的经验,但它还是错误的.进而说 明“眼见为实”的说法并非绝对正 确.例如:我们乘车时观察到树木在 向后运动,而事实上并没有动( 相对 于地面). 3.“日心说”所以能够战胜 “地心说”是因为好多“地心说” 不能解析的现象“日心说”则能说 明,也就是说,“日心说”比“地心 说”更科学、更接近事实.例如: 若 地球不动,昼夜交替是太阳绕地球运 动形成的.那么,每天的情况就应是 相同的,而事实上,每天白天的长短 不同,冷暖不同
7、.而“日心说”则能 说明这种情况:白昼是地球自转形 成的,而四季是地球绕太阳公转形成 的. 4.从目前科研结果和我们所掌 握的知识来看,“日心说”也并不是 绝对正确的,因为太阳只是太阳系的 一个中心天体,而太阳系只是宇宙中 众多星系之一,所以太阳并不是宇宙 的中心,也不是静止不动的.“日心 说”只是与“地心说”相比更准确 一些罢了. 最后了发现火星运行的轨道不是圆，而是 椭圆，并得出了行星运动的规律。 投影显示 开普勒三大定律 练习 下列说法正确的是： A.太阳是静止不动的，地球和其它行 星都绕太阳运动。 B.行星轨道的半长轴越长，自转周期 就越大。 C.行星在离太阳近的位置时速度大， 远离太
8、阳时速度小。 D.冥王星离太阳“最远”,绕太阳运动 的公转周期最长 二、苹果落地的思考：万有引力规律 的发现 开普勒定律只是描述了行星如何绕太 阳运动,但它没有说明是什么原因使它们在 各自的轨道上运动。你们会认为是什么原 因？ 当时一些科学家提出了什么猜想，请 同学们阅读课本里的插图。 投影显示 科学家的猜想 1. 开普勒：太阳磁力的吸引； 2. 伽利略：“惯性”自行的维持； 3. 笛卡尔：太阳的漩涡带动行星和 卫星一起运动； 4. 胡克：太阳引力的缘故，并且力 的大小与到太阳距离的平方成反 比。 牛顿也一直在思考为何行星做椭圆运 动。据说，某一天，牛顿看到苹果落地发 现万有引力定律的。苹果落
9、地是很普通现 象，我们会认为它落地就是落地，不会加 以思考。牛顿是怎样发现万有引力定律的？ 引导学生思考： （1）苹果熟了，为什么会落到地上而 不是天上？ （2）苹果树不论长得矮还是高，树上 的苹果都会落地。由此可知，即使苹 果长到月球那么高，照样会落地。那 学生练习三分钟 答案：CD 学生会提出一些说法，如引力等 学生回答 么，月球为何没有落地呢？ （3）苹果树上的苹果相对地球静止， 在重力的作用下，因此会落到地面； 若月球相对于地球静止，月球也将像 苹果 一样的落回地面。月球上的苹果若具 有 月球一样的运动速度，它也将像月球 一 样不落回地面。能否假设月球和苹果 受 到同一性质的力呢? 请
10、学生阅读课本第 44 页第三段到第五 段。 牛顿在这假设基础上，设计了著名 的“月地”实验，证明了月球和苹 果受到同一性质的力。 （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同一 性质的力。 （4）既然一切天体之间有引力，地球 与物体之间有引力。那么，是否所有 物体之间都存在相互吸引的力呢？那 么，这个力又是多大呢？ （5）最后，牛顿在前人研究的基础上， 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。 投影显示 一、万有引力定律的内容： 1. 宇宙间任意两个有质量的物体都存 在相互吸引力，其大小与两物体的质量乘 积成正比，跟它们间距离的平方成反比。 2
11、.式中质量的单位用千克，距离的单位 用米，力的单位用牛顿；G= Nm2/kg2 ， 叫万有力恒量，它在数值上等于两质量各 为 1Kg 的物体相距 1 米时的万有引力的大 小。 3.适用条件是：两个质点间的相互作 用，可以看作质点的两个物体间的相互作 用。若是两个均匀的球体,应是两球心间距. 二、引力恒量的测定 牛顿发现了万有引力定律，却没有 给出引力恒量的数值。由于一般物体间的 学生阅读课本 引力非常小，用实验测定极其困难。直到 一百多年之后，才由英国的卡文迪许用精 巧的扭秤测出。通常情况下取 G=6.6710 11 Nm2/kg2 讨论与交流： (1)万有引力定律指出，任何物体间都 存在引力
12、，为什么当我们两个人靠 近时并没有吸引到一起？请估算你 和同桌之间的引力多大？ 引导他们这是估算，他和同桌的 质量都是 60kg,相距 0.5m。学生算出 后，问这个力到底有多大呢？一粒芝 麻的质量大约是 0.004kg,其重力约为 4105N，大约是你和和同桌间引力 的 40 多倍。 (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？ 简略介绍发现万有引力定律的重要意 义:揭示了地面上物体运动的规律和天体上 物体的运动的遵从同一规律，让人们认识 到天体上物体的运动规律也是可以认识的, 解放了人们的思想,给人们探索自然的奥秘 建立了极大信心, 对后来的物理学、
13、天文学 的发展具有深远的影响。引导学生思考以 下问题： （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：他们没有想到天体间的作用 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。 ） （3）科学不仅需要一定的专业知识， 还需要一定的想象力，由牛顿在发现 万有引力定律时所表现出来的想象力， 你又受到哪些启发呢？ 小 结 让学生总结，然后通过投影显示出这节 课的教学目标 作 业 课本中本节课后练习第 1、3 题 板 书 第一节 万有引力定律 一、天体究竟做怎样的运动 二、开普勒三大定律 三、万有引力定律
