《万有引力定律》教案

《万有引力定律》教案教学目标及教学重点、难点【教学目标】

1.知道万有引力定律

2.通过万有引力定律的发现过程，培养学生基于证据的科学论证能力

3.通过科学家追求统一性的历程，体会科学的简洁美【难点】月-地检验地球引力与距离平方反比【重点】太阳引力与距离、质量关系的推导教学过程（表格描述）教学环节主要教学活动设置意图环环节一行复习和引入通过科学家的思路历星与太阳间复习《行星的运动》，开普勒第三定律内容程，渗透类比的方法的引力问题行星为什么会绕着太阳运动？前边的定性研究为后边开普勒的类比小精灵-气味和热量-光和热-磁力-太阳的定量研究做基础引力引力的大小与星体的质量、行星与太阳间的距离（也就是圆周运动的半径）有关

1.引力F与「的关系问题引力的大小与行星和太阳间距离r有怎样的关系呢？通过万有引力定律的发具体的，咱们可以分步研究以下一系列问题已知行星运现过程，培养学生基于动的周期和半径证据的科学论证能力

（1）如何表达行星做圆周运动的向心加速度？

（2）行星以这么大的周期和半径做圆周运动，所需的向心力多大？

（3）能不能由此关系式，就说F与r成正比呢？

（4）在我们学过的行星运动知识中，有描述轨道半径r和周期7关系的吗？

（5）如何找到引力F与距离，的关系？2,引力F与太阳质量的关系问题那么引力的大小与太阳质量有怎样的关系呢？Mma通过引力性质和牛顿第三定律即我们猜想尸OC-V写成等式就是产日=G智，式中G是比例系数，与太阳、行星的质量都没有关系环节二月拓展讨论:G与开普勒常量K地检验问题若把以太阳为中心天体的系统，换成以地球为中心天体的系统，那么卫星与地球间的力是否也存在同样的规律呢？模型

1.地球系的两颗卫星为突破难点，在月地检假设1地球与卫星间的力，与太阳与行星间的力是同一，性验前用地球系两卫星质模型搭台阶，同时强模型

2.地球系的苹果月球化用图境分析假设2地球与苹果间的力，也是同一性质检验已知自由落体加速度g为

9.8m/s2,地球半径R为

6.4x106m,月球中心与地球中心的距离为

3.8x108m,月球公转周期为

27.3天约

2.36xl（）6s.通过月地检验，使学生2我们得到吃=曙它是否成立？a月R，认识大胆假设的意义，和培养学生证据意识1内容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mi和m的乘积成正比、与它们之2环节三万间距离r的平方成反比，即产=6学2这就是牛顿提出的著有引力定名的万有引律了解万有引力定律的r乙由来，知道规律的内力定律容式中质量的单位用千克（kg）,距离的单位用米（m）,力的单位用牛（N）G是比例系数，叫作引力常量，适用于任何两个物体2意义追求〃简洁统一〃哥白尼提出行星轨道日心说一开普勒提出行星运动定律一牛顿提出万有引力定律通过科学家追求统一性的历程，体会科学

1.国物理学家卡文迪什比较准确地得出了G的数值通常环节四的简洁美取G=

6.67xlO-UN・m2/kg2引力常量思考与讨论了解引力常量的意义篮球的重力，与篮球间的万有引力和测量2,拓展内容引力常量的测量渗透数量级思维问题通过这节课，从科学研究的角度上，能带给我们哪些环节五启启示呢？中

2.论证推导从科学研究的角度，梳拓展推导练习在新情境中运用论证推导能力理假设、论证、证据

3.假设的意义问题咱们这节课有哪些假设？

4.证据伽利略提供了日心说的证据一弟谷的天文观测记录为开普勒发现行星运动规律奠定了基础一行星运动定律又为引力定律提供了支持一〃月一地检验〃进一步检验了引力定律一引力常量的普适性成了万有引力定律正确的有力证据小结重点思考下面两个问题

1.如何推导出引力与距离的平方成反比

2.如何验证万有引力定律？课后篇巩固提升合格考达标练L月球在如图所示的轨道上绕地球运行，近地点、远地点受地球的万有引力分别为为、巳，则尸

1、尸2的大小关系是（）A.Fi B.JFIC.F1=F D.无法确定2近地点解胡根据万有引力定律可知，当两物体的质量确定时，引力与物体之间的距离的二次方成反比，有尸1＞尸2,选项B正确

2.关于万有引力定律，下列说法正确的是（）A.牛顿是在开普勒揭示的行星运动规律的基础上，发现了万有引力定律,因此万有引力定律仅适用于天体之间B.卡文迪什首先用实验比较准确地测定了引力常量G的数值C两物体各自受到对方引力的大小不一定相等，质量大的物体受到的引力也大D.万有引力定律对质量大的物体适用，对质量小的物体不适用H]B解明万有引力定律适用于所有物体间,A、D错误;根据物理学史可知卡文迪什首先用实验比较准确地测定了引力常量G的数值,B正确;两物体各自受到对方的引力遵循牛顿第三定律,大小相等,C错误

3.根据万有引力定律，两个质量分别是和他的物体，它们之间的距离为r时,它们之间的吸引力大小为尸=色等，式中G是引力常量，若用国际单位制的基本单位表示G的单位应为A.kg-m/s2B.N-kg2/m2C.m3/s2-kg D.m2/s2-kg2聋C解丽国际单位制中质量相、距离人力厂的基本单位分别是kg、m、kg・m*,根据万有引力定律产二生誉，得到用国际单位制的基本单位表示G的单位为n/s

2.kg,选项C正确

4.图甲是用来“显示桌或支持面的微小形变”的演示实验;图乙是用来“测量万有引力常量”的实验由图可知，两个实验共同的物理思想方法是A.极限的思想方法B.放大的思想方法C.控制变量的思想方法D.猜想的思想方法宣B甲

5.地球对月球具有相当大的引力,可它们没有靠在一起，这是因为地球A.不仅地球对月球有引力，月球对地球也有引力，这两个力大小相等，方向相反，互相抵消了B.不仅地球对月球有引力，太阳系中的其他星球对月球也有引力，这些力的合力为零C.地球对月球的引力还不算大D.地球对月球的引力不断改变月球的运动方向，使得月球围绕地球做圆周运动拜D解丽地球对月球的引力和月球对地球的引力是相互作用力，作用在两个物体上，不能互相抵消，选项A错误;地球对月球的引力提供了月球绕地球做圆周运动的向心力，从而不断改变月球的运动方向，选项B、C错误,D正确

6.已知地球半径为R,地球表面重力加速度为a忽略地球自转的影响，在距地面高度为h的空中重力加速度是地球表面上重力加速度的几倍？解析R2答案\R+h2在/z高处mg-G在地面mg~~2R+hR27R+九不计地球自转的影响，物体受到的重力等于物体受到的万有引力设地球质量为根地，物体质量为则等级考提升练

7.地球绕太阳运行轨道与月球绕地球运行轨道均可视为圆轨道已知太阳质量约为月球质量的

2.7x107倍，地球绕太阳运行的轨道半径约为月球绕地球运行的轨道半径的400倍关于太阳和月球对地球上相同质量海水的引力，以下说法正确的是（）A.太阳引力远小于月球引力

8.太阳引力与月球引力相差不大C.月球对不同区域海水的吸引力大小相等D.月球对不同区域海水的吸引力大小有差异拜Dp瓶2R画根据尸二度喈,可得注=」・々，代入数据可知，太阳的引力远大于月球的引力，则A、R△月m月R太B错误;由于月心到不同区域海水的距离不同，所以引力大小有差异,C错误,D正确

8.假设地球是一半径为R、质量分布均匀的球体一矿井深度为小已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零则矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为（）▲id c1dA.l-B.1+-A RH]A解析设地球的密度为P,根据万有引力定律可知，地球表面的重力加速度g=T地球质量可R3表示为力地二/3,所以矿井下以（尺

①为半径的地球的质量为根地Kg兀（R03=（早）地，则矿Gm井底部处的重力加速度g=——，矿井底部处的重力加速度和地球表面的重力加速度之比为（R-dy区选项A正确，选项B、C、D错误9R

9.2019年1月，我国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆在探测器“奔向明球的过程中,用h表示探测器与地球表面的距离，尸表示它所受的地球引力，能够描述尸随力变化关系的图像是（）答案DTH771解画根据万有引力定律尸=吟磐二G温濯可知，探测器所受的地球引力/随〃增加而减小,但不是线性关系因此F/z图像应是一曲线,D正确,A、B、C错误

10.科学家在太阳系外发现了一颗“宜居”行星，其质量约为地球质量的

6.4倍，一个在地球表面重力为600N的人在这个行星表面重力将变为960M由此可推知，该行星的半径与地球半径的比值约为（）A.

0.5B.2C.

3.2D.4逑B°普解析若地球质量为加（）,则“宜居行星质量为m=

6.4切O,由Wg=G和加9二码■得器；=缁”=2,选项B正确690771（）

11.如图所示，火箭内平台上放有测试仪，火箭从地面启动后，以加速度系g为地面附近的重力加速乙度）竖直向上匀加速运动，升到某一高度时，测试仪对平台的压力为启动前压力的第已知地球lo半径为民求火箭此时离地面的高度解质启动前测试仪对平台的压力F^\=mg（D设火箭离地面的高度为时，测试仪对平台的压力为/N2,根据牛顿第三定律，平台对测试仪的支持力大小也等于FN2的大小由题意得条=磊

③由

②②③式解得g1-^g

④GM地

⑤mGM地mg-G―~~^则g=R+h Z+/i

⑥对测试仪由牛顿第二定律2得Fm-mg-/ny

②由

④⑤⑥式解得/z=yo

12.火星半径约为地球半径的一半，火星质量约为地球质量的J一位航天员连同航天服在地球上的质量为50kg地球表面的重力加速度g取lOmH⑴求在火星上航天员所受的重力大小根据万有引力定律知mg，则g2航天员在地球上可跳

1.5m高，求他以相同初速度在火星上能跳多高餐却

222.2N

23.375m画⑴由g=JMUg=.萼，在火星上有g=在地球上有gR朗所以g m/s29那么航天员在火星上所受的重力〃2g=50x于N=

222.2N2在地球上，航天员跳起的高度为〃=华，在火星上，航天员跳起的高度勿=髻,联立以上各式得〃=

3.375mo。