《人教版(2019)高中物理必修二教案》7.2万有引力定律 教案

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7.2 万有引力定律
〖教材分析〗
本节主要运用前面学习过的圆周运动的知识结合行星运动，推到出行星与
太阳间的引力大小。在学习时，学生应具备圆周运动和牛顿第三定律的相关知
识。万有引力定律是本章的核心，教材先从行星与太阳，过渡到月亮（卫星）
与地球的引力大小，推广到任何两个物体间的引力大小，得出万有引力定律。
学习本节知识可以培养学生“提出问题→猜想与假设→理论分析→实验观测→
验证结论”的探究思维意识和能力。
〖教学目标与核心素养〗
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。理解万有引力定律的含义并掌握相应计算的
方法。
科学思维：在万有引力定律建立过程的学习中，培养学生“提出问题→猜
想与假设→理论分析→实验观测→验证结论”的探究思维意识和能力。
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：理解和接受太阳与行星间的引力关系，推广到任何两个
物体间的引力，从而体会大自然的奥秘，提高学生科学价值观。
〖教学重点与难点〗
重点：1.对行星与太阳间引力的理解。
2.万有引力定律的推导，理解其内容和表达式。
3.引力常量的有关知识。
难点：1.运用所多学知识对太阳与行星间引力的推导。
2.运用万有引力定律解题。
〖教学准备〗
多媒体课件，带绳子的小球、扭秤实验演示仪等。
〖教学过程〗
一、新课引入
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？
前面我们用太阳地球手拉手来形象的比拟行星绕太阳的运动 ，
且我们把行星运动看做匀速圆周运动(播放动图），所以向心力（引力）的方向
时刻指向圆心。那引力大小是如何的呢？这节课就来学习万有能力定律。
1
问题 1：是什么力量使行星绕太阳运动？
伽利略、开普勒及笛卡儿都提出过自己的解释。牛顿在前人的基础上最终
解决了这个问题。牛顿认为行星绕太阳运动，一定时受到了来自太阳的引力。
问题 2：那这个引力的表达式是怎样的呢？
二、新课教学
（一）行星与太阳间的引力
行星绕太阳是椭圆运动，为了简化问题接下来我们把行星
的轨道看做圆，即行星绕太阳的运动可以看作匀速圆周运动。
于是行星到太阳的距离始终是 r，以前讲过，做圆周运动
的向心力的供需关系，即
受 力 分 析 的 合 力 （ 供）=运 动 分 析 得 来 的 力 （ 需）
太阳对行星的吸引力，提供向心力，这就是咱们要算的引力。 。
由于天文观测中行星运动的速度 v不容易得到，但是行星公转周期T容易
用望远镜进行测量，因此用它替换 v，速度就是绕一圈的周长除以绕一圈的时
间，把 代入公式，得
质量m是物体的固有属性，不受半径影响。4是常数。由，得
把T 代入，仔细整理得到
这就是引力跟半径的关系式，在这些量中 4是常数，k也是常数，所有绕
太阳运动的行星 k都一样，既然是常数就可以换成正比符号，即。因而
2
可以说太阳对行星的引力 F与行星的质量m 成正比，与距离 r2成反比。
换个角度来想，如果以行星为参考系那太阳就是绕这个行
星做匀速圆周运动，根据同样的推理行星对太阳的引力，应该
与太阳的质量M 成正比，与太阳到行星的距离 r2平方成反比。
写成式子就是这样。
问题 3： 与 ，这两个力有什么关系呢？
它两式作用力于反作用力，那就肯定一样大。太阳与行星间的引力，他们
满足这两个式子，合并起来就是这样
太阳与行星间的引力大小与太阳的质量M，和行星质量都有成正比，于两
者距离 r2的二次方成反比。如果想把它写成等试就得加一个常数G，这个常数
G太阳、行星都没有关系。这就是太阳与行星间的引力公式。方向沿着二者的
连线。
问题 4：地球（行星）绕太阳运动，月球（卫星）绕地球运动，它们之间
的作用力是同一种性质的力吗？
天上的力和日常生活中的力是不是同一回事，相传牛顿是
被苹果启发想到这个问题的。苹果落地式因为地球吸引了苹果，
而地球还吸引月球，都是地球吸引这两个是不是同一种力呢？
牛 顿 猜 想 ： 天 上 的 力 ， 与 地 上 的 力 ： 重 力
mg，是一样的力，即天上人间都是一样的， 。
对于这个问题的验证就是月——地检验。
（二）月—地检验
假设地球与月球间的作用力和太阳与行星间的作用力是
同-种力，它们的表达式也应该满足
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