高中物理信息化教學設計13、知道任何物體間都存在著萬有引力，且遵守1、培養學生研究問題時，抓住主要矛盾，簡化問題，建立理想模型的處理問2、訓練學生透過現象(行星的運動)看本質(受萬有引力的作用)的判斷、推理1、通過牛頓在前人的基礎上發現萬有引力定律的思量過程，說明科學研究的教學重難點任何兩個物體間都存在萬有引力太陽對行星的引力是行星做圓周運動的向心力，這個力使行星不能飛離太陽；地面上的物體被拋出后總要落到地面上；是什么使得物體離不開地球對物體的引力造成的呢?若真是這樣，物體離地面越遠，其受到地球的引力就應該越小,可是地面上的物體距地面很遠時受到地球的引力似乎沒有明顯減小。如果物體延伸到月球那里，物體也會像月球那樣環繞地球運動。地球對月球的引力，地球對地面上的物體的引力，太陽對行星的引力，是同一種力。你是這樣認為的嗎?一.牛頓發現萬有引力定律的過程(1)牛頓對引力的思量牛頓看到了蘋果落地發現了萬有引力，這只是一種傳說。但是，他對天體和地球的引力確實作過深入的思量。牛頓經過長期觀察研究，產生如下的假想：太陽、行星以及離我們很遠的恒星，不管彼此相距多遠，都是互相吸引著，其引力隨距離的增大而減小，地球和其他行星繞太陽轉，就是靠剛的引力維持。同樣，地球不僅吸引地面上和表面附近的物體，而且也可以吸引很遠的物體(如月亮),其引力也是隨距離的增大而減弱。牛頓進一步猜想，宇宙間任何物體間都存在吸引力，這些力具有相同的本質，遵循同樣的力學規律，其大小都與兩者間距離的平方成反比。(2)牛頓對定律的推導首先，要證明太陽的引力與距離平方成反比，牛頓憑著他對于數學和物理學證明的驚人創造才干，斗膽地將自己從地面上物體運動中總結出來的運動定律，應用到天體的運動上，結合開普勒行星運動定律，從理論上推導出太陽對行星的引力F它們間的引力也是與行星和衛星質量的乘積成正比，與兩者距離的平方成反以上結論是否正確，還需經過實驗檢驗。牛頓根據觀測結果，憑借理想實驗巧牛頓設想，某物體在地球表面時，其重力加速度為g,若將在月球軌道上運行時受到的作用力F2,都是來自地球的吸引力，其B.萬有引力的相互性.兩個物體相互作用的引力是一對相互作用的作用力與反作用力，它們大小相等，方向相反，分別作用在兩個物體上.C.萬有引力的宏觀性.在通常情況下，萬有引力非常小，惟獨在質量巨大的星球偶爾天體與天體附近的物體間，它的存在才有實際的物理意義.D.萬有引力的獨立性.兩物體間的萬有引力只與它們本身的質量有關，而與所在空間的性質無關，也與周圍有無其他物體無關.C、若物體不能視為質點，則可把每一個物體視為若干個質點的集合，然后按③G為萬有引力常量，在數值上等于質量都是1kg的兩物體相距1m時的相互二個是叫兩人設法跳起來停在空中看是否能做到。然后設問：既然自然界中任何兩個物體間都有萬有引力，那末在日常生活中，我們各自之偶爾人與物體之間，為什具體計算：地面上兩個50kg的質點，相距1m遠時它們間的萬有引力多大?已知地球的質量約為6.0×1024kg,地球半徑為6.4×106m,則這個物體和地球之間本題點評：由此可見通常物體間的萬有引力極小，普通不易感覺到。而物體與2、要使兩物體間萬有引力減小到原來的1/4,可采用的方法是()C.使其中一個物體質量減為原來的1/4,距離不變D.使兩物體質量及它們之間的距離都減為原來的1/43.設地球表面重力加速度為，物體在距離地心4R(R是地球的半徑)處，由于地球的作用而產生的加速度為g,則為()提示：兩處的加速度各由何力而產生?滿足何規律?三.引力恒量的測定牛頓發現了萬有引力定律，卻沒有給出引力恒量的數值。由于普通物體間的引力非常小，用實驗測定極其艱難。直到一百多年之后，才由英國的卡文迪許用精致的扭秤測出。(1)用扭秤測定引力恒量的方法卡文迪許解決問題的思路是：將不易觀察的弱小變化量，轉化為容易觀察的顯著變化量，再根據顯著變化量與弱小量的關系，算出弱小變化量。問：卡文迪許扭秤實驗中如何實現這一轉化?測引力(極小)轉化為測引力矩，再轉化為測石英絲扭轉角度，最后轉化為光點在刻度尺上挪移的距離(較大)。根據預先求出的石英絲扭轉力矩跟扭轉角度的關系，可以證明出扭轉力矩，進而求得引力，確定引力恒量的值?？ㄎ牡显S在測定引力恒量的同時，也證明了萬有引力定律的正確性。本節課重點學習了萬有引力定律的內容、表達式、理解以及簡單的應用重點理解定律的普遍性、普適性，對萬有引力的性質有深層的認識對萬有引力定律的理解應注意以下幾點：(1)萬有引力的普遍性。它存在于宇宙中任何有質量的物體之間，不管它們之間是否還有其他作用力。(2)萬有引力恒量的普適性。它是一個僅和m、r、F單位選擇有關，而與物體性質無關的恒量。(3)兩物體間的引力，是一對作用力和反作用力。(4)萬有力定律只合用于質點和質量分布均勻球體間的相互作用。板書2、萬有引力定律①內容：自然界中任何兩個物體都是相互吸引的，引力的大小跟這兩個物體的3.引力恒量的測定A.萬有引力的普遍性.萬有引力不僅存在于星球間，任何客觀存在的有質量的物體間都存在這種相互吸引的力.B.萬有引力的相互性.兩個物體相互作用的引力是一對相互作用的作用力與反作用力，它們大小相等，方向相反，分別作用在兩個物體上.C.萬有引力的宏觀性.在通常情況下，萬有引力非常小，惟獨在質量巨大的星球偶爾天體與天體附近的物體間，它的存在才有實際的物理意義.D.萬有引力的獨立性.兩物體間的萬有引力只與它們本身的質量有關，而與所在空間的性質無關，也與周圍有無其他物體無關.②r為兩個物體間距離：B、若是規則形狀的均勻物體相距較近，則應把r理解為它們的幾何中心的距C、若物體不能視為質點，則可把每一個物體視為若干個質點的集合，然后按萬有引力定律求出各質點間的引力，再按矢量法求它們的合力。③G為萬有引力常量，在數值上等于質量都是1kg的兩物體相距1m時的相互作用的引力高中物理信息化教學設計2《萬有引力理論的成就》教學目標1、知識與技能(1)了解地球表面物體的萬有引力兩個分力的大小關系，計算地球質量；(2)行星繞恒星運動、衛星的運動的共同點：萬有引力作為行星、衛星圓周運動的向心力，會用萬有引力定律計算天體的質量；(3)了解萬有引力定律在天文學上有重要應用。(1)培養學生根據數據分析找到事物的主要因素和次要因素的普通過程和方法；(2)培養學生根據事件的之間相似性采取類比方法分析新問題的能力與方法；(3)培養學生歸納總結建立模型的能力與方法。3.情感態度與價值觀：(1)培養學生認真嚴禁的科學態度和斗膽探索的心理品質；(2)體味物理學規律的簡潔性和普適性，領略物理學的優美。教學重難點教學重點地球質量的計算、太陽等中心天體質量的計算。教學難點根據已有條件求中心天體的質量。教學工具多媒體、板書教學過程一、計算天體的質量1.基本知識(1)地球質量的計算①依據：地球表面的物體，若不考慮地球自轉，物體的重力等于地球對物體的萬有引力，即只要知道g、R的值，就可計算出地球的質量.(2)太陽質量的計算①依據：質量為m的行星繞太陽做勻速圓周運動時，行星與太陽間的萬有引力充當向心力，即只要知道衛星繞行星運動的周期T和半徑r,就可以計算出行星的質量.2.思量判斷(1)地球表面的物體，重力就是物體所受的萬有引力.(×)(2)繞行星勻速轉動的衛星，萬有引力提供向心力.(√)(3)利用地球繞太陽轉動，可求地球的質量.(×)3.探索交流料，利用萬有引力定律計算出天王星外"新"行星的軌道.1846年9月23日，德天體.【問題導思】3.求天體質量常有哪些方法?繞中心天體運動的其他天體或者衛星做勻速圓周運動，做圓周運動的天體(或者衛星)的向心力等于它與中心天體的萬有引力，利用此關系建立方程求中心天體的質量.地球對月球的引力等于月球做勻速圓周運動的向心力，根據牛頓第二定律，得球做勻速圓周運動的向心力，根據牛頓第二定律，得于地球對物體的引力，得3.計算天體的密度1.計算天體質量的方法不僅合用于地球，也合用于其他任何星體.注意方法的拓展應用.明確計算出的是中心天體的質量.地球為例，若繞近地軌道運行，則有R=r.例：要計算地球的質量，除已知的一些常數外還需知道某些數據，現給出下列各組數據，可以計算出地球質量的有哪些?()B.已知衛星繞地球做勻速圓周運動的軌道半徑r和線速度vD.已知地球公轉的周期T′及運轉半徑r'天體的質量計算是依據物體繞中心天體做勻速圓周運動，萬有引力充當向心力，列出有關方程求解的，因此解題時首先應明確其軌道半徑，再根據其他已知條件列出相應的方程.【問題導思】2.分析天體運動的主要思路是什么?3.描述天體的運動問題，有哪些主要的公式?普通行星或者衛星的運動可看做勻速圓周運動，所需要的向心力都由中心天體對它的萬有引力提供，所以研究天體時可建立基本關系式：2.四個重要結論以上結論可總結為“越遠越慢，越遠越小”被環繞的天體的質量M和軌道半徑r決定.2.應用萬有引力定律求解時還要注意挖掘題目中的隱含條件，如地球的公轉周期是365天，自轉一周是24小時，其表面的重力加速度約為9.8m/s2.例：)據報導，天文學家近日發現了一顆距地球40光年的“超級地球”,名為“55Cancrie”,該行星繞母星(中心天體)運行的周期約為地球繞太陽運行周期的480(1),母星的體積約為太陽的60倍.假設母星與太陽密度相同，"55Cancrie"與地球均做勻速圓周運動，則“55Cancrie”與地球的()(1)牛頓的"衛星設想"1969年7月，美國“阿波羅11號”登上月球；2003年10月15日，我國航天員楊利偉踏入太空.我國于2022年10月發射的火星探測器“螢火一號第一宇宙速度是最小的發射速度.衛星離地面越高，衛星的發射速度越大，貼近地球表面的衛星(近地衛星)的發射速度最小，其運行速度即第一宇宙速度.中，已知該星球的半徑為R,求這個星球上的第對于任何天體，計算其環繞速度時，都是根據萬有引力提供向心力的思路，衛星的軌道半徑等于天體的半徑，由牛頓第二定律列式計算.1.如果知道天體的質量和半徑，可直接列式計算.2.如果不知道天體的質量和半徑的具體大小，但知道該天體與地球的質量、半徑關系，可分別列出天體與地球環繞速度的表達式，用比例法進行計算.【問題導思】3.衛星的線速度與衛星的發射速度相同嗎?為了研究問題的方便，通常認為衛星繞地球做勻速圓周運動，向心力由萬有引力提供.由上表可以看出：衛星離地面高度越高，其線速度越小，角速度越小，周期越大，向心加速度越小.2.人造地球衛星發射得越高，需要的發射速度越大，但衛星最后穩定在繞地球運動的圓形軌道上時的速度越小.確的是()B.根據萬有引力定律，可知三顆衛星受到的萬有引力FA>FB>FC【問題導思】2.人造地球衛星的軌道圓心一定是地心嗎?3.地球同步衛星有哪些特點?人造衛星的軌道可以是橢圓軌道，也可以是圓軌道.供，由于萬有引力指向地心，所以衛星的軌道圓心必然是地心，即衛星在以地心為圓心的軌道平面內繞地球做勻速圓周運動.總之，地球衛星的軌道平面可以與赤道平面成任意角度，但軌道平面一定過地即通過極點，稱為極地軌道，如圖所示.(1)定義：相對于地面靜止的衛星，又叫靜止衛星.(2)六個“一定”①同步衛星的運行方向與地球自轉方向一致.③同步衛星的運行角速度等于地球自轉的角速度.④同步衛星的軌道平面均在赤道平面上，即所有的同步衛星都在赤道的正上方.⑤同步衛星的高度固定不變.由于衛星在軌道上運動時，它受到的萬有引力全部提供給了向心力，產生了向心加速度，因此衛星及衛星上的任何物體都處于徹底失重狀態.T,該行星上發射的同步衛星的運行速度為v,求同步衛星距行星表面高度為多少.規律總結：同步衛星、近地衛星和赤道上隨地球自轉物體的比較1.近地衛星是軌道半徑近似等于地球半徑的衛星，衛星做勻速圓周運動的向心力由萬有引力提供.同步衛星是在赤道平面內，定點在某一特定高度的衛星，其做勻速圓周運動的向心力由萬有引力提供.在赤道上隨地球自轉做勻速圓周運動的物體是地球的一部份，它不是地球的衛星，充當向心力的是物體所受的萬有引力與重力之差.2.近地衛星與同步衛星的共同點是衛星做勻速圓周運動的向心力由萬有引力提供；同步衛星與赤道上隨地球自轉的物體的共同點是具有相同的衛星和赤道上物體的運動規律時，往往借助同步衛星這一紐帶，這樣會使問題迎刃而解.例：如圖所示，某次發射同步衛星的過程如下：先將衛星發射至近地圓軌道1,然后再次點火進入橢圓形的過渡軌道2,最后將衛星送入同步軌道3.軌道1、2下說法正確的是()A.衛星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率B.衛星在軌道3上的角速度大于在軌道1上的角速度C.衛星在軌道1上經過Q點時的加速度大于它在軌道2上經過QD.衛星在軌道2上經過P點時的加速度等于它在軌道3上經過P點時的加速度度也相同.數學角度看只無非略有變形，但它們卻具有徹底不同的物理意義.有些學生常將兩種表達式相混，對公式中哪個是常量哪個是變量分辨不清，要注意提醒和糾正.根據本節課有演示實驗的特點，本節課采用以演示實驗為主的啟示式綜合教學法.教師邊演示、邊提問，讓學生邊觀察、邊思量，限度地調動學生積極參預教學活動.在教材難點處適當放慢節奏，給學生充分的時間進行思量和討論，教師可給予恰當的思維點撥，必要時可進行大面積課堂提問，讓學生充分發表意見.這樣既有利于化解難點，也有利于充分發揮學生的主體作用，使課堂氣氛更加活躍.通過本節課的學習，要使學生領略物理學的研究方法，領略怎樣提出研究課題，怎樣進行實驗設計，怎樣合理選用實驗器材，怎樣進行實際操作，怎樣對實驗數據進行分析及通過分析得出實驗結論和總結出物理規律.同時要讓學生知道，物理規律必須經過實驗的檢驗，不能任意外推，從而養成嚴謹的科學態度和良好的思維習慣.為了達成上述教學目標，充分發揮學生的主體作用，限度地激發學生學習的主發學生思量：物理學的基本研究方法是什么(不一定讓學生回答)?這樣既對學生進行了方法論教育，也為過渡到演示實驗起承上起下作用.2.對演示實驗所需器材及電路的設計可先啟示學生思量回答.這樣使他們既鞏固了實驗知識，也調動他們盡早投入積極參預.3.在進行演示實驗時可請兩位同學上臺協助，同時讓其余同學注意觀察，也可調動全體學生都來參預，積極進行觀察和思量.4.在用列表對照法對實驗數據進行分析后，提出下面的問題讓學生思量回答：為了更直觀地顯示物理規律，還可以用什么方法對實驗數據進行分析?目的是更加突出方法教育，使學生對分析實驗數據的兩種最常用的基本方法有更清醒更深刻的認識.到此應該達到本節課的第一次高潮，通過提問和畫圖象使學生的學習情緒轉向高漲.5.在得出電阻概念時，要引導學生從分析實驗數據入手來理解電壓與電流比值的物理意義.此時不要急于告訴學生結論，而應賦予充分的時間，啟示學生積極思量，并賦予適當的思維點撥.此處節奏應放慢，可提請學生回答或者展開討論，讓學生的主體作用得到充分發揮，使課堂氣氛掀起第二次高潮，也使學生對電阻的概念是如何建立的有深刻的印象.6.在得出實驗結論的基礎上，進一步總結出歐姆定律，這實際上是認識上的又一次升華.要注意闡述實驗結論的普遍性，在此基礎上可讓學生先行總結，以鍛煉學生的語言表達能力.教師重申時語氣要加重，不能輕描淡寫，要隨即強調歐姆定律是實驗定律，必有一定的合用范圍，不能任意外推.7.為檢驗教學目標是否達成，可自編若干概念題、辨析題進行反饋練習，達到鞏固之目的.然后結合課本練習題，熟悉歐姆定律的應用，但占時不宜過長，以免沖淡前面主題.1.注意在實驗演示前對儀表的量程、分度和讀數規則進行介紹.2.注意正確規范地進行演示操作，數據不能虛假拼湊.高中物理信息化教學設計51、初步理解速度一時間圖象.2、理解什么是勻變速直線運動.進一步訓練用圖象法表示物理規律的能力.滲透從簡單問題入手及理想化的思維方法.本節內容是本單元的基礎，是進一步學習加速度概念及勻變速運動規律的重要前提