引力与航天教学研究

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1、专题讲座高中物理“万有引力与航天”教学研究李春鹰（北京市第八一中学，高级教师）第一部分本主题的学科知识的深层次理解一、知识结构厂人类对行星規（律的认识万有引力与航天万有引力定律万有引力的成就宇宙航行经典力学的局艰性『地心说诃日心说”i开普勒行星运动定律J「拒理、发現过程I2内容、公式、意义L引力索数G的测定及意义称昼地球质昼计算中心天体质量发现未知天体一GMmr宇宙速度孰道定律面积定律周胡定律mxr/2才、2I加（——yrXfe球同步卫星宇宙飢行的成就人逵卫星*宏观物体、低速运动二、地位与作用在学习万有引力之前，学生对力、质量

2、、速度、加速度、向心力、向心加速度等概念冇较好的理解，并H•掌握自由落体、抛体和匀速圜周运动的运动学规律，能熟练运用牛顿运动定律解决动力学问题。町以说，万有引力定律的学习对于运动和力这部分知识起到进一步深化和综合运用的作用。木专题渗透解决问题的主要方法：理想模型、利用数学工具解决物理问题（推理、估算）、曲线运动处理问题的方法、将不易测量的物理量转化为易测量的物理量、利用牛顿第二定律解决天体问题。通过万有引力定律的发现过程及其定律的应用的教学，激发学生的好奇心和学习兴趣,体会科学研究方法对人们认识白然的重要作用，体会科学定律对人类

3、探索未知世界的作用。培养学生良好思维习惯的形成。第二部分本主题的教学策略一、万有引力定律的建立过程的教学设计建议在教学中，通过启发式的设问，激发学生的兴趣•想像力，体会科学家们实事求是的态度、勇于探索的科学梢神推动了认识发展。（-）人类对行星运动认识的发展过程地心说,日心说宇宙无限I哥白尼为什么在发表一个世纪中完全被人们所忽视托热密统洽b长时间的底因日心说完全正确吗?模型存在的问題二十年的精心观洌天体的位置天才观赛者」一第谷理超出希望一一开普勒全部精力養理第谷的观洌数据，多年的尝试性计算1609——*1619先后发表行星运动三个

4、定律（二）追寻牛顿的足迹——万有引力发现的过程F'简化模型太阳与行星一间的引力演绎与推理/行星对太阳的了

5、力类比结论牛二定律开普勒定律2刃”T-厂AjrmrF=—LF牛三mJCC—--重视演绎推理，培养学生的良好的思维习惯。（三）月——地检验这个大胆的想法如何山事实检验？假设宇宙中1的一切g物体；-3/m丁月球轨'、迪=60R将万有引为、、定律推广•验证月球轨道一个物/体受到的引力是/.它在地面附近引c=4厂厂力的1/602:丁丄a=g/3600=X?xl0数据表明，地面物乐所受地球的引力、月球所受热球的引力，以及太阳与行星向

6、的弓［力，遵从相同的规律。

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8、丿IJ数据说明上述设想的正确性，牛顿的人胆设想经受了事实的检验。至此，平方反比律已经扩展到太阳与行星间、地球与月球间、地球与地rfri物体间。总结万有引力的发现过程，你从屮受到什么启示?猜想原因想到验猜得轮大地想更胆猜运开定问行动么这规▼星的勒・・•运什<■的？行动普律<星为会样律对的作问太行引什素？—>阳星力・・•对的与因关太行引用<阳星力么有根据已知规律（开普勒第一、第二定律和牛顿第三定律）推出太阳与行星间的引力遵从规律:地球使地面上物体下落的力，与太阳使行星运动的力是否出于同一底因？自然界任

9、意两个物体之间是否也有这样的吸引力？得到万有引力定律=使学生体会:物理学的许多重大理论的发现，不是简单的实验结果的总结,它需耍直觉和想像力、人胆的猜想和假设，再引入合理的模型，深刻的洞察力、严谨的数学处理和逻辑思维，常常是一个充满曲折和艰辛的过程。二、万有引力定律的理解及应用（-）理解万有引力（画出草图，具体说阴）1.力是相互的M与m的受到的万有引力力大小相等、反向相反。2.对质点的理解体现在：r»R,R»m的半径，r二R+h3.G是引力常量，适用于任何两个物体；它在数值上等于两个质量都是lkg的物体相距lm吋的相互作用力。根据

10、学生情况介绍引力常量的测定一卡文迪许扭秤实验。弓I力常数的普适性成为万冇引力定律止确性的见证引力；常量的测定使万冇引力定律有了实际的意义。小二…丄F卡丈迪许宾验示意囹1.为什么我们感觉不到旁边同学的引力呢？下面我们粗略地來计算一卜•两个质量为50kg,相距0.5m的人之间的引力？（为什么说是粗略？）F=GMm/R2=6.67X10“N那么太阳与地球之间的万冇引力又是多人？已知:太阳的质量为M=2.0X1030kg，地球质量为m=5.9X1024kg,日地之间的距离为R二1.5X10"m则F=GMm/R2=3.5X1023N通过学

11、生计算得出：引力在天体与天体间，天体与物体间比较显著，但通常物体间的引力可忽略不计。（二）万有引力与重力学牛们在初屮学习重力的定义是：由于地球的吸引而使物体受到的力，学完万有引力后耍使学生明确万有引力与重力的关系。静止在地球表面上的物体：G=FN在南北极：Fy—