万有引力常量的测量

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1、第六章万有引力定律第三节万有引常量的测量教学目的：1、知道测量的原理，了解测量装置的空间特点；2、知道引力常量的大小及其普适性；3、对学生进行科学方法教育和物理思想（等效思想）的渗透；4、了解引力常量的意义。教学重点：测量原理教学难点：了解测量装置的空间特点教法：启发式综合教学法教具：投影仪、投影片教学过程：一、引入：历史回顾：1686年牛顿发现万有引力时，知道了两物体之间相互吸引，其大小与两物体的质量之积成正比，与两物体间的距离的二次方成反比，成功地将人间天上的力统一起来了，极大地提高了人类的自信心。但由于当时实验条件和技术的限制，很难精确地测定上述比

2、例式中的比例系数。显然，如不能宣地算出两物体间的万有引力的大小，万有引力定律就没有什么实际意义。直到1789年，英国物理学家卡文迪许巧妙地利用了扭秤装置，第一次在实验室中对两个物体间的引力大小作了精确的测量和计算，我们今天就来介绍卡文迪许的扭秤实验，学习他是如何测出非常小的万有引力的。二、授新：1、实验装置示意图（投影课本图6-2）2、实验中的科学方法及其物理思想两次放大及等效思想实验时，把两个质量为m'的大球放在图中所示的位置，它们与小球的距离均为r。如果m受到m'的吸引力气，此力就会产生力矩。T形架受到力矩作用而转动一个角度，石英丝发生扭转而产生一个

3、相反的力矩。当两个引力F对T形架的扭转力矩F×L与石英丝对T形架的扭转力矩相等时，T形架处于平衡状态。此时石英丝扭转的角度可根据小镜M上的反射光在弧线上移动的距离s老太婆求出，从而即可求出m与m'的万有引力，从而据万有引力定律的变形公式求得引力常量的大小。实验中卡文迪许发现石英丝果真发生了扭转，从而证明万有引力的存在。通过多次改变两球的质量，并进行了两次“放大”，其作用是：（1）尽可能地增大了T形架连接两球的长度L，使m和m'之间的万有引力能产生较大的力矩，使得石英丝有较大的偏转角度。（2）尽可能地增大弧形尺与小镜间距离R，使小镜M上的反射光在弧线上移动

4、的距离s较大。三、巩固练习：1、“固体这所以有固定的形状，是由于物质颗粒间的万有引力使其结合在一起”，这种说法对吗？2、举例说出我们学过哪些比例常数？四、小节：板书设计：1、数值：G＝6.67×10-11N·m2/kg22、原理：3、意义：a、证明了万有引力的存在b、“开创了测量弱力的新时代c、使得万有引力定律有了真正的实用价值教学效果分析：附阅读材料：第一个现代物理实验室19世纪末叶，物理学进入了一个新发展时期，推动物理学发展的物理实验，同时从经典物理学发展时期以个人为主辅以简单仪器进行研究的形式，发展到近代物理学研究中集体分工合作并配备高级精密仪器的

5、形式。这种发展，导致现代物理实验室的出现。　　最早的现代物理实验室是英国的卡文迪许实验室。不少人以为这个实验室是著名的英国科学家、引力常数的测定者、确定水的组成并发现氢气的亨利·卡文迪许建造的，其实不是这么回事。当卡文迪许实验室建成时，亨利·卡文迪许离开人间已有半个多世纪了。卡文迪许实验室是在英国公爵德冯夏尔·卡文迪尔的资助下建成的。这位同姓的公爵是亨利·卡文迪许的亲戚。　　卡文迪许实验室于1872年破土动工，两年后就在剑桥自由学校巷里建成。说也奇怪，这个物理实验室竟是在一位著名的理论物理学家——麦克斯韦的领导下筹建的，他还是它的第一任主任。为了给实验室

6、增添仪器，麦克斯韦拿出了自己不多的积蓄。　　卡文迪许实验室它不仅出成果，而且出人才。许多有成就的物理学家都曾在这里受到过现代物理学的熏陶。领导卡文迪许实验室的都是成就辉煌、赫赫有名的现代物理学大师。继麦克斯韦之后，任卡文迪许实验室主任的有：现代声学和光学的奠基人瑞利，电子的发展者J·J·汤姆逊(他在28岁时就当上了主任)，现代原子核物理学之父卢瑟福，以科学研究组织工作见长的W·L·布拉格，现代固体物理的先驱莫特。除麦克斯韦之外，都是诺贝尔奖金获得者。