万有引力定律及引力常数的测定【精品文档-doc】
第1节 万有引力定律及引力常数的测定
福建省晋江第一中学 高一物理备课组
【知识目标】
一、知识与技能
1 了解“地心说”和“日心说”
2 了解万有引力定律的发展过程
3 知道开普勒三个定律
4 理解万有引力定律
5 了解引力常数
二、过程与方法
1 通过课件模拟天体的运动说明开普勒三个定律
2 运用圆周运动的知识理解天体运动
3 理解万有引力定律并会运用其解释天体现象
4 了解利用扭称测量引力常数运用探究方法
三、情感态度与价值观
1 认识发现万有引力定律的重要意义
2 体会科学定律对人类探索未知世界的作用 【知识重点】
1 开普勒三个定律
2 万有引力定律
3 卡文迪许的扭称实验
【知识难点】
1 理解万有引力定律及应用
2 理解卡文迪许的扭称实验的科学理念 【数学方法】
1 问题数学法
【教学过程】:
【历史回顾】中国对天体认识:距今2100多年的马王堆西汉墓中，出土了嫦娥奔月的画帛，(书上83面)画中嫦娥赞乘坐飞龙飘然奔月。嫦娥奔月是个传说，也可以说是个梦想，它说明中国对天的研究早就有了。如果世界第八大奇迹秦始皇陵中的天穹据说是由夜明珠按星星的分布镶嵌上的，中国对天体的追求早在秦朝之前就一定的尝试。
从战国时期的楚国伟大诗人屈原的佳作《天问》就是对茫茫宇宙提出了一系列问题，体现了人类了解自然奥秘的渴望。但中国对天体的认识由于种种原因没能进入实质性，同样的文明古国对这个问题有不同的探索。
1古希腊人的探索:首先从星体的轨迹入手，最早认为天体围绕地球转动的说法(地心说)，主要观察到月球、太阳、水星、金星、火星、土星等，还能做好火星绕地球黑心的轨迹图，基于托密勒地心本轮理论的宇宙横向发展(书上100面)，从古至今人类孜孜不倦地探索天体的运动规律，天文学家托勒密设计一套非常复杂的体系，完善了地心本轮理论。这个学说持续了近2000年 2文艺复兴的撞击:1943年天文学家哥白尼提出日心说，太阳是宇宙中心，行星都绕太阳做匀速圆周运动。日心说还太阳系的真实感面貌，但还有不足:第谷观察到a星体与计算结果不符b开普勒研究第谷测量数据得的绪论。 第谷是个天文观测家，他对星体进行认真系统的观测，其测量的结果是托勒密和哥白尼的理论计算结果与观测数据不相符。开普勒研究第谷的观测数据希望进一步解释哥白尼的行星圆形轨道，但是他的努力失败，他相信不是第谷的粗心而是哥白尼的理论需要进一步完善，开普勒开始研究行星非匀速非圆周的运动，终于提出三大定律。
(通过对历史回顾来让学生了解人对未知世界的探究是艰辛的但却是永无止境的，激起学生对人类探索未知世界的兴趣)
【课件演示】 展现行星的运动轨及太阳的位置，引导学生认真观察，加深学生对开普勒第一定律的认识，说明行星运动轨迹是非圆周的运动。
请学生观察行星在相等时间内扫过面积相等，让学生了解开普勒第二定律，行星在同一轨道上越接近太阳运动就越快，说明行星运动是非匀速运动。
要求学生掌握开普勒第三定律，行星绕太阳运行轨道半长轴r的立方与其
2R公转周期T的平方成比: ,K3T
引导学生自学《信息窗》，通过学习行星绕太阳运动的有关数据加深学生对开普勒三大定律的理解。
【创设问题】 开普勒三大定律只说明行星运动规律，没有说明为什么会如此运转,为什么即不会脱离太阳又不会坠向太阳,人在空中停留一下都很思想观念，越高越思想观念，但行星这么高却一点也不思想观念,
请同学们回答行星做什么运动,行星做曲线运动。
请同学分析一下行星是否受到力的作用呢,根据曲线运动条件，行星必然受到一个与运动方向成一定角度力的作用，这就说明了太阳的行星之间有存在着力的作用。
从开普勒第二定律可知行星在同一轨道上越接近太阳运动就越快，根据圆周运动离心现象，如运动速度增大，而向心力不变情况下，就会出现离心现象，运动行星不但不出现离心现象反而做向心运动，请同学分析原因:说明太阳与行星之间作用力跟距离有关，距离越小时作用力就越大。
引导学生自学《拓展一步》的内容，从而了解到太阳与行星之间作用力跟太阳和行星质量有关。
从上面几个方面初步了解太阳与行星之间存在相互作用力，定性知道力跟什么因素有关。牛顿运用开普勒三大定律和自己在力学、数学方面的研究成果从定量的角度提出万有引力定律(具体过程有潜力的同学可以过后在书中自习研究):
自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力方向沿两物体的连线，引力
Mm的大小F与两个物体质量乘积成正比，与这两个物体距离r的平均成反比。
Mm F,G 2r
【公式说明】 ※两个物体只能是质点。
※r是两个质点之间的距离(若是匀质球体则是两球心的距离)。
※G是引力常数。
※自然界中任何两个物体存在引力。
可以从三个方面说明: 太阳与行星之间作用满足万有引力定律;地球附近物体也受地球吸引也是满足万有引力定律;通过《例题》可知地球上的两个物体之间同样存在引力作用也是满足万有引力定律，这就说明万有引力定律适应自
然界中任何两个物体。
牛顿万有引力定律只提出引力与两个物体质量和之间距离有关，却没能给出准确的引力常数，如何准确测量引力常数成为物理界普遍关心的重大课题。 【存在困难】 请同学分析引力常数与什么因素有关,与物体质量、物体间距离有关，这两方面在实验中要准确他们数值不会很困难的，当然还跟引力有关，由于引力比较微小，这必然给实验测量引力带来困难。
【克服困难】 英国物理学家卡文迪许运用正确实验方法和思路，巧妙利用力矩平衡条件和微量放大法设计出扭称，将于精确测出两个铅球之间微小的引力，从而证明万有引力定律的正确性，由此得到精确度很高的引力常数G=6.65×-113212m/(kg.s)。
【课件演示】 通过对卡文迪许实验原理课件演示，让学生对卡文迪许扭称实验原理的更加了解。倒梯形架对称地拉动扭转比拉伸的形变大得多，更容易测量极小的力;利用小镜面反射的光起到示数放大和极小质量指针的作用。 【例题解答】 请同学运用万有引力定律和圆周运动规律来计算天体质量。引导学生自学教材中如何求得地球的质量。经过学生计算天体的质量的过程中让学生明确引力常数重要意义，同时便学生了解万有引力定律真正的实用价值。 【作业】 数材中第104页的第三题和第四题。
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