高中物理（人教大纲版）第一册 第六章 万有引力定律 三、引力常量的测定(第一课时).docVIP

第三节 引力常量的测定 ●备课资料 关于引力常量G的测定 牛顿在首次描述万有引力定律时，设定了一个基本常数G，即关于质量与距离的力，然而G数值的精确测定却长期困扰着科学家，现在，科学家通过周密而细致的工作，终于揭开了这一神秘面纱. 科研人员将一块特别的玻璃块放进一个垂直的真空管中，同时用激光器来跟踪它的运动，由于地球的质量知道得还不精确，研究人员必须排除行星引力对G的影响.他们在真空管的周围套上一个500 kg的钨环形套，让其或低于玻璃块，或高于玻璃块，结果，环形磁的引力几乎没有增大或减慢这颗“卫星”的降落速度，通过测定环形套两种位置和玻璃块的加速度差异，研究人员可以推断出仅有环形套时的加速度，然后试验人员进行G的计算. 尽管有着比期望值误差较大的干扰，但是，这颗用来试验G的“卫星”，其轨迹图展示出接近于最广为公认的数值，这一试验的一致性，将有助于验证人们认为前人的测定因某些原因而不够准确的看法. ●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