高中物理人教大纲版第一册：6.3 引力常量的测定1.docVIP

第三节 引力常量的测定 ●本节教材分析 这节课的内容是要让学生知道引力常量G的值的测出使万有引力定律更具有实际意义.可是一般物体间的引力很小，怎样才能够测出呢？要让学生去体会卡文迪许扭秤的“巧妙”所在.这节课的重点是卡文迪许扭秤测量引力常量的原理，难点是扭转力矩平衡问题的理解.在教学中解决重点、难点的同时要渗透对学生的思想教育及“测定微小量的思想方法”. ●教学目标 一、知识目标 1.了解卡文迪许实验装置及其原理. 2.知道引力常量的物理意义及其数值. 二、能力目标 通过卡文迪许如何测定微小量的思想方法，培养学生开动脑筋，灵活运用所学知识解决实际问题的能力. 三、德育目标 通过对卡文迪许实验的设计思想的学习，启发学生多动脑筋，培养其发散性思维、创造性思维. ●教学重点 卡文迪许扭秤测引力常量的原理. ●教学难点 扭转力矩与引力矩平衡问题的理解. ●教学方法 1.对卡文迪许实验的装置和原理采用直接讲授、介绍的方法. 2.对金属丝的扭转角度采用与微小形变实验的对照. ●教学用具 投影仪、投影片、卡文迪许扭秤模型. ●课时安排 1课时 ●教学过程 ［投影］本节课的学习目标 1.了解卡文迪许实验装置及其原理. 2.知道引力常量的物理意义及其数值. 学习目标完成过程 一、导入新课 上节我们学习了万有引力定律的有关知识，现在请同学们回忆一下.万有引力定律的内容及公式是什么？公式中的G又是什么？ ［学生活动］回答上述问题： 内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比. 公式:F=G. 公式中的G是万有引力常量,它在大小上等于质量为1 kg的两个物体相距1 m时所产生的引力大小,经测定其值为6.67×10—11 N·m2/kg2. 牛顿在前人的基础上，应用他超凡的数学才能，发现了万有引力定律，却没能给出准确的引力常量，使万有引力定律只有其理论意义，而无更多的实际意义，今天我们就来共同学习英国物理学家卡文迪许是如何用实验来测定引力常量的. 二、新课教学 A.基础知识 请同学们阅读课文,同时考虑下列几个问题. ［投影出示］ 1.引力常量为什么难以测量? 2.谁设计实验对万有引力常量进行了测定,他使用的装置是什么? 3.该装置主要由几部分组成? 4.该实验的实验原理是什么? ［学生活动］阅读课文,从课文中找出相关的答案. 1.万有引力常量难以测量的原因是其值非常小,很难用实验方法将它显示出来.所以对它的测定必须设计特殊的装置才行. 2.英国的物理学家卡文迪许在1789年,巧妙地设计了扭秤装置,把万有引力常量应用实验的方法测量出来. 3.扭秤的主要部件有四部分:一个倒置的金属架;一根金属丝;一个固定在T型架上的平面镜;T型架两端各装一质量为m的小球.其结构如图所示: 4.该实验的实验原理是应用力矩平衡的知识来设计的. B.深入探究 请同学们结合课本知识,分析、讨论下列问题. ［投影出示］ 1.由于一般物体间的引力非常小,导致引力常量难以测量,那么,怎么样就能把引力常量测量出来了呢? 2.扭秤装置中的小平面镜起什么作用呢? 3.在扭秤装置中,除了平面镜外是否还有其他地方对相互作用的效果进行了放大呢? 4.本实验的实验原理是力矩平衡,那么,具体说是哪些力矩相平衡呢? ［学生活动］学生分组讨论,结合课文给出的提示,得出相似结论. 1.引力常量难以测量的原因是一般物体间的相互作用力很小,产生的作用效果不明显,如果我们能把引力产生的微小效果进行放大的话,就可以用实验来测量引力常量了. 2.装置中的小平面镜就起到了放大的作用.当m′与m相互吸引时,引力会使金属丝发生微小的扭转形变,也正是由于形变量非常微小,所以我们很难用眼睛观察到.当固定上一个小镜后,小镜会随金属丝的扭转而转过很小的角度,它的转动会引起刻度尺反射光点的明显移动,从光点位置移动的大小便可反映出金属丝的扭转程度,进而反映出两小球间相互作用力的大小. 3.在该装置中,除了平面镜起到的放大作用外,“T”型架也起到了放大的作用.我们从力矩平衡的知识知道,力矩的大小与两个因素有关,一个是力的大小,另一个是力臂的大小.在这一实验中,我们不能增大相互作用的引力,所以考虑去增大力臂,而“T”型架正好起到了增大力臂的作用.当力矩增大后,也就将力的作用效果进行了放大. 4.“T”型架受到力矩的作用产生转动,使金属丝发生扭转,产生相反的扭转力矩,阻碍“T”型架转动,当这两个力矩平衡时,“T”型架停止转动.设金属丝的扭转力矩为M1,引力矩为M2,即有:M1=M2. C.教师总结 通过前面的学习,我们了解了扭秤装置的组成、结构、二次放大原理以及实验原理.当应用扭秤装置进行实验时,金属丝的扭转力矩M1可以根据它与扭转角“θ”的关系来求，而扭转角度“θ”可通