万有引力定律章节备课.

万有引力定律“天公斗巧乃如此，令人一步千徘徊”。哈师大附中高一物理备课组杨慧本章两大特点渗透科学精神和人文教育的素材充分学生学习过程难点突出，教学突破任务繁重——科学精神的渗透——科学方法的震撼——历史发展的追溯——时代发展的气息——“三角关系”易混乱——“四点关系”是难点时间的跨越公元二世纪地心说完善公元十六世纪1543年天体运行论日心说1600年1609年开普勒第一定律1619年开普勒第二定律第三定律1687年万有引力定律的建立1798年测定引力常量1846年海王星的发现万有引力取得决定性胜利开普勒与第谷合作运动学规律动力学规律不断的质疑科学规律的探究牛顿的设想——飞天梦想人类首颗人造卫星上天（前苏联）人类首次载人航天（前苏联）中国东方红一号中国启动载人航天飞船中国首次载人航天飞船美国阿波罗登月1867年1957年10月4日1961年4月12日1969年7月16日1970年4月24日1992年2003年10月15日1970年2月11日日本首颗人造卫星发射1958年美国首颗人造卫星上天技术的发展科学精神的渗透不畏权威的精神执着求实的精神甘于寂寞的科研精神思维的创新精神善于合作与吸纳的精神不畏权威的精神“地心说”不容动摇的年代。哥白尼创立了——日心说，这在当时不但是科学史上一次无与伦比的创见和发明，更可贵的是他勇敢地向神学开出了第一枪。返回执着求实的精神1600年，意大利著名学者布鲁诺因高举哥白尼旗帜而被残酷地烧死在罗马的鲜花广场上；被誉为“近代科学之父”的意大利科学家伽里略也因捍卫和宣传哥白尼“日心说”被罗马教廷迫害致死。开普勒在接受哥白尼体系后就专心探求隐藏在行星中的数量关系。面对纷繁的观测数据,坚持了20年的运算。100余年中对引力常数的测量执着的坚持返回甘于寂寞的科研精神开普勒在天文学的成就甚至给人留下了更深刻的印象。平生爱好数学的开普勒，总想在自然界寻找数量的规律性（早期希腊学者称为和谐）。规律愈简单，从数学上看就愈好，因而在他看来就愈接近自然。他深信上帝是依照完美的数学原则创造世界的。他之所以信奉哥白尼学说，正是由于日心体系在数学上显得更简单更和谐。他说：“我从灵魂深处证明它是真实的，我以难以相信的欢乐心情去欣赏它的美。”他接受哥白尼体系后就专心探求隐藏在行星中的数量关系。然而他所面临的数学困难相当巨大。数学在当时远不如今天这样发达，没有计算机来减轻开普勒的计算负担。他写道：“我从这个发现所得到的极度喜悦是无法用语言来 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达的。我不怕任何麻烦，我不辞辛劳、日以继夜地进行计算，直到我能够看到是否我的假设符合哥白尼的轨道，或者是否我的喜悦要落空”。返回思维的创新精神开普勒从坚信火星做匀速圆周运动——又假定了做圆偏心运动——决定另辟蹊径，开始考虑变速的、其他形状的轨道的可能性——多种卵形曲线——经过大量艰苦的数学计算——才发现火星的轨道是椭圆形考虑各行星轨道与周期之间是否会存在着某种联系时：抛弃了他过去的那些正多面体的几何模型——抛弃了哥白尼所假想过的本轮中心理论——从第谷的准确数据出发，发现了关于行星运动的三定律。返回视频善于合作与吸纳的精神1598年，开普勒他接到第谷的邀请，去协助整理观测资料和编制新星表。开普勒欣然接受，1600年携眷来到布拉格，任第谷的助手。具有讽刺意味的是，这两位学者，一个始终是哥白尼体系的反对者，另一个则是该体系的衷心拥护者。但他们毕竟撮合在一起了，并且戏剧般地成为天文学史上合作的光辉典范！开普勒和第谷相辅相成的合作可谓是珠联璧合的典型。开普勒计算出来的火星位置和第谷数据之间相差8分，即1.133度（这个角度相当于表上的秒针在0.02秒瞬间转过的角度）时，他说：“上天给我们一位像第谷这样精通的观测者，应该感谢神灵的这个恩赐。一经认识这是我们使用的假说上的错误，便应竭尽全力去发现天体运动的真正规律，这8分是不允许忽略的，它使我走上改革整个天文学的道路。”善于合作与吸纳的精神万有引力定律的建立——引力思想已有萌芽，开普勒在磁力思想的启发下提出过引力的思想，认为太阳可能发出一种类似于磁力的引力流，并对重力有过一些不同于前人的想法，他的工作引发了很多杰出的科学家对引力的研究，可谓是直接导致后来万有引力定律发现的原因。1673年，惠更斯推导出了向心加速度的公式，为发现万有引力定律奠定了基础。1679年，胡克、哈雷都曾得出了引力的平方反比关系，这进一步引发了牛顿的思考，决定再度研究他在13年前曾思考过的引力问题。可见，万有引力定律的发现，实际上是牛顿概括了许多前人的成果，首先创立了一个地面力学和天体力学统一的严谨体系，实现了物理学史上知识和方法的第一次伟大综合。科学方法的震撼开普勒把实验数据转化为数学语言的方法牛顿对万有引力的证明、推理过程中包含着很多独特的思想和方法卡文迪许扭秤的精巧设计序言2002年，美国两位学者在全美物理学家中做了一次调查，请他们提名有史以来最出色的十大物理实验，结果刊登在2002年9月的美国《物理世界》杂志上，其中多数都是我们耳熟能详的经典之作。被人们称为“最美丽的十大实验”。最美丽的十大实验排名第一：托马斯·杨的双缝演示应用于电子干涉的实验排名第二：伽利略的自由落体实验（16世纪末）排名第三：罗伯特·米里肯的油滴实验排名第四：牛顿的棱镜分解太阳光（17世纪末）排名第五：托马斯·杨的光干涉实验（1830年）排名第六：卡文迪许扭矩试验（18世纪末）排名第七：埃拉托色尼测量地球的周长（公元前3世纪）排名第八：伽利略的加速实验排名第九：卢瑟福发现核子的实验（1911年）排名第十：米歇尔·弗科钟摆实验（1851年）评说“美丽”令人惊奇的是这十大实验中的绝大多数是科学家独立完成，最多有一两个助手。所有的实验都是在实验桌上进行的，没有用到什么大型计算工具比如电脑一类，最多不过是把直尺或者是计算器。美国的物理学家最近评出的这些实验共同之处是：它们都“抓”住了物理学家眼中“最美丽”的科学之魂，这种美丽是一种经典概念：最简单的仪器和设备，得到最根本、最单纯的科学结论，就像是一座座历史丰碑一样，人们长久的困惑和含糊顷刻间一扫而空，对自然界的认识更加清晰。排名第六：卡文迪许扭矩试验牛顿的另一伟大贡献是他的万有引力定律，但是万有引力到底有多大？18世纪末，英国科学家亨利·卡文迪许决定要找出这个引力。他将两边系有小金属球的6英尺木棒用金属线悬吊起来，这个木棒就像哑铃一样。再将两个350=磅重的铅球放在相当近的地方，以产生足够的引力让哑铃转动，并扭动金属线。然后用自制的仪器测量出微小的转动。测量的结果惊人的准确，他测出了万有引力恒量的参数，在此基础上卡文迪许计算出地球的密度和质量。卡文迪许的计算结果是：地球质量6.0×1024千克，或者说是13万亿万亿磅。排名第七：埃拉托色尼测量地球的周长古埃及一个现名为阿斯旺的小镇。在这个小镇上，夏日正午的阳光悬在头顶：物体没有影子，阳光直射入深水井中。埃拉托色尼亚是公元前3世纪亚历山大图书馆的馆长，他意识到这一信息可以帮助他估计地球的周长，在以后几年的时间里的同一天、同一时间，他在亚历山大测量了同一地点的物体的影子。发现太阳光线有轻微的倾斜，在垂直方向偏离了大约7度角。剩下的就是几何学的问题了。假设地球是球状，那么它的圆周应该跨越360度。如果两座城市成7度角，就是7/360的圆周，就是当时5000个希腊运动场的距离。因此地球的周长就应该是25万个希腊运动场。今天，通过航迹测算，我们知道埃拉托色尼的测量误差仅在5%以内。古希腊某地理学家通过长期观测，发现6月21日正午时刻，在北半球A城阳光与铅直方向成7.50角下射。而在A城正南方，与A城地面距离为L的B城，阳光恰好沿铅直方向下射。射到地球的太阳光可视为平行光，如图56-8所示。据此，他估算出了地球的半径。试写出估算地球半径的表达式R＝。历史的追溯物理学史研究物理学的知识、理论和方法的发生与发展规律，它不但揭示了物理学研究内容的不断扩展和深化，研究方法的不断演进，还生动地记录着物理学家的研究过程，这对于培养学生的思维能力、创新能力和人文素养都是非常有帮助的。时代的气息天文学时事——海王星的发现——冥王星的“定位”——太阳系边缘的探寻航天现状——人类的航天历程——世界航天大国——发射与回收的技术分析难点的突破（一）模型多样，造成“三角关系”混乱行星卫星rR行R卫m1M1M2m2星外绕行模型近地远地星表跟转模型考虑自转忽略自转“三角关系”突破与总结星外绕行模型近地远地F引=F向=mg'星表跟转模型考虑自转忽略自转转课件变轨问题复杂，造成四“点”问题的认知疑难理解天体圆运动运行量与轨道半径的一一对应性理解（非记忆）宇宙速度理解离心与近心难点的突破（二）牛顿的设想过程由万有引力与向心力的大小比较判断得出：F＞mv2/r　卫星做近心运动F＜mv2/r卫星做离心运动课件学生应强化四大能力建立模型，列方程能力符号规范，指代清晰能力方程的文字运算求解能力带入数值能力估算和计算能力谢谢！