2019-2020年高中物理 教学大赛名师教学设计 万有引力定律教案沪科版

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1、2019-2020年高中物理教学大赛名师教学设计万有引力定律教案沪科版【教案设计】上海市杨浦高级中学学校【教学内容】上海市二期课改高中二年级第二学期第四篇第十三章A节Ⅰ：教案一、【教学目标】（一）、知识与技能1、知道人类对天体运动的认识过程。2、理解万有引力定律得出的思路和过程。3、理解万有引力定律的含义及其适用范围。（二）、过程与方法1、感受牛顿发现万有引力的过程。2、明白牛顿所采用的抓住主要矛盾，简化问题，建立理想模型，归纳总结等方法。（三）、情感、态度与价值观1、了解科学研究的长期性，连续性及艰巨性，提高学生科学价值观。2、体验物理学统一的和谐之美。二、【教学重点与难

2、点】【教学重点】牛顿发现万有引力的过程。【教学难点】定律中r的含义。三、【教学准备】知识准备：开普勒三大定律，古今中外对天体运动的认识。教学准备：自制课件四、【教学过程】一、新课引入多媒体演示：天体运动的图片。在浩瀚的宇宙中有无数大小不一、形态各异的天体，如月球、地球、太阳、夜空中的星星……由这些天体组成的广袤无限的宇宙始终是我们渴望了解、不断探索的领域。人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，历史上有过不同的看法，科学家对此进行了不懈的探索，我们今天就从认识行星运动的规律开始，跟随牛顿的足迹，来探索现象背后所蕴涵的伟大的物理定律。二、对天体运动规律的认识1、中国古代（1）盖

3、天说“盖天说”是我国古代最早的宇宙结构学说。这一学说认为，天是圆形的，像一把张开的大伞覆盖在地上；地是方形的，像一个棋盘，日月星辰则像爬虫一样过往天空，因此这一学说又被称为“天圆地方说”。（2）浑天说到东汉时，著名的天文学家张衡提出了完整的“浑天说”思想。浑天说认为，天和地的关系就像鸡蛋中蛋白和蛋黄的关系一样，地被天包在当中。浑天说中天的形状，不像盖天说所说的那样是半球形的，而是一个南北短、东西长的椭圆球。大地也是一个球，这个球浮在水上，回旋漂荡；后来又有人认为地球是浮于气上的。浑天说包含着朴素的“地动说”的萌芽。2、西方古代（由学生介绍）（1）地心说地心说是长期盛行于古代

4、欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧多克斯提出，后经亚里多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。托勒密认为，地球处于宇宙中心静止不动。从地球向外，依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星，在各自的圆轨道上绕地球运转。其中，行星的运动要比太阳、月球复杂些：行星在本轮上运动，而本轮又沿均轮绕地运行。在太阳、月球行星之外，是镶嵌着所有恒星的天球——恒星天。再外面，是推动天体运动的原动天。（2）日心说1543年，波兰天文学家哥白尼在临终时发表了一部具有历史意义的著作——《天体运行论》，完整地提出了“日心说”理论。这个理论体系认为，太阳是行星系统的中心，一切行星都绕太阳旋转

5、。地球也是一颗行星，它上面像陀螺一样自转，一面又和其他行星一样围绕太阳转动。意大利思想家布鲁诺，为了维护日心说，最终被教会用火活活烧死；意大利科学家伽利略，也因为支持日心说被宗教法庭判处终身监禁；开普勒、牛顿等自然科学家，都为这场斗争作出过重要贡献。三、万有引力定律的发现1、天体运动规律的动力学解释现在科学家们已经正确认识了行星的运动规律，那么行星为何这样运动呢？如何从物理学的角度来解释这种运动规律呢？17世纪前，人们认为行星理所当然做这种完美的圆周运动。问题到了伽利略面前，通过观察及对运动学的理解，他指出一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆周运动。他同时代对天体运

6、动规律有着深入研究的开普勒则认为受到了来自太阳的类似磁力的作用。1664年，英国皇家学会的创始人之一胡克发现彗星靠近太阳时轨道弯曲是因为太阳引力作用的结果，1673年，惠更斯推导出向心力定律，1679年，胡克和英国天文学家、数学家哈雷从向心力定律和开普勒第三定律，推导出如果行星的轨道是圆形的，引力和距离的平方成反比，但他们无法证明在椭圆轨道下，引力也遵循同样的规律。2、牛顿发现万有引力定律牛顿解决了这个问题，他在前人研究的基础上，凭借超凡的数学能力证明了：如果太阳和行星间的引力与距离的二次方成反比，则行星的轨迹是椭圆。并且阐述了普遍意义下的万有引力定律。3、万有引力定律的数

7、学推导因为行星的椭圆轨道可以近似看作圆形轨道，为了较方便地说明问题，我们把牛顿在椭圆轨道下的证明简化为圆形轨道讨论。如果认为行星绕太阳做匀速圆周运动，那么太阳对行星的引力F应为行星所受的向心力。F引＝F向＝mv2/r因为：v=2πr/T得：F引=m(2πr/T)2/r=4π2mr/T2根据开普勒第三定律：r3/T2是常数k得：F引=4π2mr/T2=4π2(r3/T2)m/r2=4π2km/r2所以：太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，跟行星到太阳的距离的二次方成反比。即：F∝m/r2太阳对行星的引力（F引）跟行星