《万有引力定律》教学设计
山东省莒南第一中学  朱淑娟
【教材依据】
人教版高中物理必修二第六章第三节
【教材分析】
1、万有引力定律这一节承上启下，承接上章匀速圆周运动，开启之后要学习的卫星的运动规律。
2、万有引力定律这一节是本章的核心，这节内容是对上两节课教学内容的进一步推演，也是下节课教学内容的基础，是本章的教学重点。
3、教材在尊重历史事实的前提下，通过一些逻辑思维的铺垫，让学生以自己现有的知识基础，经历一次“发现”万有引力定律的过程。
【学情分析】
1.高一学生已经学习了牛顿的三个定律、圆周运动的知识、开普勒三定律，已经积累了一定的知识。理论上已经具备了接受万有引力定律的能力。
2. 在上一节中，学生经历了太阳与行星间引力的探究过程，学生对天体运动的研究产生了极大的兴趣和求知欲。
3.另一方面我国在航天事业上成就突出，捷报频传，极大的激发了学生学习有关宇宙、航天、卫星知识的兴趣。
【教学目标】
一、知识与技能
1、了解万有引力定律得出的思路和过程，知道重物下落和天体运动的统一性。
   2、理解万有引力定律的含义并会用万有引力定律公式解决简单的引力计算问题。
  3、知道万有引力定律公式的适用范围。
   4、理解万有引力常量的意义及测定方法，了解卡文迪许实验室。
二、过程与方法
   1、在万有引力定律建立过程的学习中，学习发现问题、提出问题、猜想假设与推理论证等方法。
2、培养学生研究问题时，抓住主要矛盾，简化问题，建立理想模型的处理问题的能力。
三、情感态度与价值观
1、通过牛顿在前人的基础上发现万有引力定律的思考过程，说明科学研究的长期性，连续性及艰巨性，提高学生科学价值观。
2、经过万有引力常量测定的学习，让学生体会科学的方法论和物理常量数量级的重要性。
【教学重点】
   1、月-地检验的推导过程。
   2、万有引力定律的内容及表达式。
【教学难点】
   1、对万有引力定律的理解。
   2、使学生能把地面上的物体所受重力与月地之间存在的引力是同性质的力联系起来。
【教学设计思想】
在本节课教学，将让学生继续进行“发现之旅”---追寻牛顿的足迹，为此整个教学流程如下:由苹果落地引起猜想---月地检验---更大胆的猜想---万有引力定律---卡文迪许测定G。
   通过这个假想──理论推导──实验检验过程，让学生在物理情景中主动的参与知识的构建过程，体会这种充满着大胆的设想、巧妙的验证和从中体现着的科学探索的精神与方法。
【教学过程】
一 、新课引入
教师活动
学生活动
通过上一节的学习，我们已经知道了太阳与行星间的引力规律，提问：表达式是怎样的？
这一节我们将继续追寻牛顿的足迹“发现”万有引力定律。
（教师板书课题：6.3 万有引力定律）
提问：提到万有引力定律，同学们首先想到什么?
展示课件中的牛顿苹果树的图片，讲述中国也有牛顿苹果树的事实。
学生回答
想到牛顿与苹果的故事
     设计说明：讲述学生不知道的事实---中国也有牛顿苹果树，引起学生的兴趣，激发学生的学习热情。
二、教授新课
（一）进一步猜想
教师活动
学生活动
展示课件中牛顿与苹果的故事图片，“回味”牛顿的思考及牛顿的猜想：
思考：（1）地球和月球之间的吸引力会不
与地球吸引苹果的力是同一种力？
思考：（2）即使在最高的建筑物上和最高的山顶上，重力都不会有明显的减弱．那么地球表面的重力能否延伸到很远的地方，会不会作用到月球上？
思考：（3）拉住月球使它绕地球运动的力，与拉着苹果使它下落的力，以及众行星与太阳之间的作用力也许真的是同一种力，遵循相同的规律?
牛顿的猜想：这些力是同一种性质的力，并且都遵从与距离的平方成反比的规律．
观察图片，与牛顿”一起”猜想：
（1）地球和月球之间的吸引力使月球没有做离心运动，地球吸引苹果的力使苹果落地，它们可能是同一种力。
（2）高山上也有苹果树，苹果熟了也会下落。地球表面的重力会延伸至很远，也会作用的月球上。
（3）猜想是同一种力，都遵从相同规律
设计说明：通过苹果自由下落的物理情景，唤醒学生脑中当年由苹果落地而引起遐想进而发现万有引力定律的故事情景，从而启发学生设问，使牛顿的想法能够激发学生的兴趣与想像力。
（二）月-地检验
教师活动
学生活动
（板书：一、月地检验）
课件展示情景：月球绕地球做匀速圆周运动（月球轨道半径r为地球半径R的60倍）
假定上述猜想成立，月球和苹果的地位相当，则地球对月球的力与地球对苹果的力应该同样遵从“平方反比”律，即。
提问：（1）月球做什么运动？符合什么规律？
（2）物体在地面附近受到的地球的吸引力表达式是怎样的？
（3）月球的加速度（月球公转的向心加速度）是重力加速度g的几分之一？
课件展示：
在牛顿时代，重力加速度g，月地的距离r、月球的公转周期T都能精确的测定，已知
月球周期：T =  27.3天≈2.36×106s
月球轨道半径：r ≈ 60R   
地球半径：  R = 6400×103m
提问：（4）以上数据能计算出月球的向心加速度吗？
可见：用数据说明上述设想的正确性，牛顿的猜想经受了事实的检验，地球对月球的力，地球对地面物体的力真是同一种力。至此，平方反比律已经扩展到太阳与行星之间，地球与月球之间、地球对地面物体之间。
（通过创设情景中数据，让学生进行定量计算）
学生回答：
由牛顿第二定律得：
用上一章知识计算出数据：（借助计算器会更快）
亲身体验推导过程，猜想得到证实，学生的学习热情进一步提升。
设计说明：通过创设情景，引导学生定量计算，用无可辩驳的事实证明猜想的正确性，增强学生的理性认识。
（三）万有引力定律
教师活动
学生活动
猜想的到了证实，那么我们可以展开想象的翅膀，更大胆设想：是否任何两个物体之间都存在这样的力？只是因为我们身边的物体质量比天体的质量小得多，我们不易觉察罢了，于是我们可以把这一规律推广到自然界中任意两个物体间即万有引力定律．
提出问题，阅读教材：
1．什么是万有引力？并举出实例。
2．万有引力定律怎样反映物体之间相互作用的规律？其数学表达式如何？并注明每个符号的单位和物理意义。 
3．万有引力定律的适用条件是什么？
同时体会万有引力定律的内容，理解万有引力定律普遍性、相互性、宏观性：
A、普遍性：万有引力存在于任何两个物体之间，只不过一般物体的质量与星球相比太小了，他们之间的万有引力也非常小，完全可以忽略不计。
B、相互性：两个物体相互作用的引力是一对作用力与反作用力。
C、宏观性：通常情况下，万有引力非常小，只有在质量巨大的天体间或天体与物体间它的存在才有宏观的物理意义．在微观世界中，粒子的质量都非常小，粒子间的万有引力很不显著，万有引力可以忽略不计．
讲解过程中适时板书：
二、万有引力定律
1．内容：
2．表达式：
适用条件：质点
3．理解：①普遍性
②相互性
③宏观性
（提出问题，引导学生根据问题阅读教材，教师引导总结）
1．万有引力是普遍存在于宇宙中任何有质量的物体之间的相互吸引力。日对地、地对月、地对地面上物体的引力都是其实例。
2．万有引力定律的内容是：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们之间距离r的二次方成反比.
式中各物理量的含义及单位：
F为两个物体间的引力，单位：N．
m1、m2分别表示两个物体的质量，单位：kg
r为两个物体间的距离，单位：m
G为万有引力常量：G=6.67×10-11 N·m2/kg2，它在数值上等于质量是1Kg的物体相距米时的相互作用力，
单位：N·m2/kg2．
3．适用于两个质点间的引力，当物体之间的距离远大于物体本身时，物体可看成质点；当两物体是质量分布均匀的球体时，它们间的引力也可直接用公式计算，但式中的r是指两球心间的距离。 
万有引力定律具有普遍性、相互性、宏观性。
设计说明：启发学生更大胆的猜想，并在教师设问中，自主阅读教材，做到有的放矢， 自主学习，最后引导学生讨论总结回答问题，在增强学生的科学表达能力。
（四）、巩固练习：
教师活动
学生活动
课件展示练习
每个题请学生分析后，教师再小结要点：
    第1、2题考察万有引力大小的表达式，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们之间距离r的二次方成反比。同时体会人与人之间的万有引力很小，所以平时觉察不到。
第3、4、5题考察万有引力定律的适用条件以及对万有引力定律的理解。
学生练习，再互相讨论得出的答案，互相纠错。
学生主动给出自己的答案并分析选择的理由。
特别是其中第4题请学生分析CD项
设计说明：及时做练习，让学生体会亲自推出万有引力定律的成就感，并及时巩固对万有引力定律理解。
（五）、引力常量的测定 
教师活动
学生活动
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。
课件展示图片（教材中没有，补充给学生）并介绍构造、实验过程，引导学生一起分析原理。
   根据上述资料结合教材，思考问题：
1．试比较卡文迪许测定引力常量的值G和现代引力常量G。并尝试说明卡文迪许在测G值时巧妙在哪里？万有引力常量
   2.这种巧妙之处还在哪儿学过？
3．引力常量的测定有何实际意义？
讲解过程中适时板书：
三、引力常量
1．实验装置、原理
2．引力常量的意义
观察图片，思考问题，学生代表发表见解
 （教师引导总结：）
1．用扭秤的方法卡文迪许测定引力恒量比较精确。巧妙之处是其中用到光学放大法。
 2.学习弹力时，曾经也用到光学放大法，用来观察微小的形变。
3．卡文迪许在测定引力恒量G，表明万有引力定律适用于地面的任何两个物体，用实验方法进一步证明了万有引力定律的普适性；同时使得包括计算星体质量在内的关于万有引力定律的定量计算成为可能。
 
设计说明：通过图片展示和教师讲解，在教师设问下，组织学生进行讨论和分析，使学生体会到卡文迪许扭称实验精巧的方法，同时锻炼学生的信息处理能力。结合物理学史讲解，让学生体会引力常量的测定重要实际意义。