【新教材精创】7.2 万有引力定律 教学设计(2)-人教版高中物理必修第二册

第七章万有引力与宇宙航行

7.2万有引力定律

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。了解万有引力定律得出的思路和过程，理解万有引力定律的含义，掌握万有引力定律的公式；

【物理观念】树立相互作用观念，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。理解万有引力是基本相互作用

【科学思维】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。

【科学探究】能根据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力表达式

【科学态度与责任】感受太阳与行星间的引力关系，从而体会大自然的奥秘，提高学生科学价值观。

【教学重点】

万有引力推导的过程；万有引力公式的应用。引力常量的有关知识。 【教学难点】

万有引力定律的理解与应用

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【新课导入】

各行星都围绕着太阳运行，说明太阳与行星之间的引力是使行星如此运动的主要原因。引力的大小和方向能确定吗？

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【新课讲授】

一、行星与太阳间的引力 ★历史的回顾

伽利略、开普勒及笛卡儿都提出过自己的解释。牛顿时代的科学家，如胡克和哈雷等对此作出了重要的贡献。

胡克等人认为，行星绕太阳运动是因为受到了太阳对它的引力，甚至证明了如果行星的轨道是圆形的，它所受引力的大小跟行星到太阳距离的二次方成反比。

牛顿在前人对惯性研究的基础上，开始思考“物体怎样才会不沿直线运动”这一问题。他的回答是 ：以任何方式改变速度（包括改变速度的方向）都需要力。这就是说，使行星沿圆或椭圆运动，需要指向圆心或椭圆焦点的力，这个力应该就是太阳对它的引力。于是，牛顿利用他的运动定律把行星的向心加速度与与太阳对它的引力联系起来了

行星绕太阳的运动可以看作匀速圆周运动。行星做匀速圆周运动时，受到一个指向圆心（太阳）的引力，正是这个引力提供了向心力，由此可推知太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线。

上式等号右边除了m、r以外，其余都是常量，对任何行星来说都是相同的，因而可以说太阳对行星的引力F与行星的质量m成正比，与r2成反比，即F?

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m 2r我们知道，力的作用是相互的。太阳吸引行星，行星也同样吸引太阳，也就是说，在引力的存在与性质上，行星和太阳的地位完全相当，因此，行星与太阳的引力也应与太阳的质量m太成正比，即

m太mF?，写成等式就是

rF?Gm太m r★月—地检验

二、万有引力定律

于是我们大胆地把以上结论推广到宇宙中的一切物体之间：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，即

F?Gm1m2 r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。 三、引力常量

一百多年以后，英国物理学家卡文迪什在实验室里通过测量几个铅球之间的万有引力，比较准确地得出了 G 的数值。目前推荐的标准值 G ＝ 6.672 59 × 10-11 N·m2/kg2，通常取 G ＝ 6.67 × 10-11 N·m2/kg2。

引力常量是自然界中少数几个最重要的物理常量之一。

卡文迪什在对一些物体间的引力进行测量并算出引力常量G 以后，又测量了多种物体间的引力，所得结果与利用引力常量 G 按万有引力定律计算所得的结果相同。引力常量的普适性成了万有引力定律正确性的有力证据。

教学过程中的关键是对万有引力定律的推导过程深入体会，培养学生的科学品质；知道公式的适用条件，引力常量测定中的思想方法等。物理学史的讲述不仅要达到了解历史的目的，还需借此使学生体会科学研究的长期性、连续性、坚巨性，升华学生的思想，提升学生素质。

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