2023年牛顿发现万有引力的故事50字 高中物理《万有引力理论的成就》教学设计优质

在日常的学习、工作、生活中，肯定对各类范文都很熟悉吧。那么我们该如何写一篇较为完美的范文呢？下面是小编为大家收集的优秀范文，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。

高中物理《万有引力理论的成就》教学设计篇一

本节课是《万有引力定律》之后的一节，内容是万有引力在天文学上的应用。教材主要安排了“科学真是迷人”、“计算天体质量”和“发现未知天体”三个标题性内容。学生通过这一节课的学习，一方面对万有引力的应用有所熟悉，另一方面通过卡文迪许“称量地球的质量”和海王星的发现，促进学生对物理学史的学习，并借此对学生进行情感、态度、价值观的学习。

本节课从宇宙中具有共同特点的几幅图片入手，对万有引力提供天体圆周运动的向心力进行了复习引入万有引力在天体运动中有什么应用呢？接下来，通过“假设你成为了一名宇航员，驾驶宇宙飞船……发现前方未知天体”，围绕“你有什么办法可以测出该天体的质量吗”全面展开教学。密度的计算以及海王星的发现自然过渡和涉及。在教材的处理上，既立足于教材，但不被教科书所限制，除了介绍教科书中重要的基本内容外，关注科技新进展和我国天文观测技术的发展，时代气息浓厚，反映课改精神，着力于培养学生的科学素养。

（2）通过“发现未知天体”，“成功预测彗星的回归”等内容的学习，了解万有引力定律在天文学上的重要应用。

运用万有引力定律计算天体质量，体验运用万有引力解决问题的基本思路和方法。

（2）通过了解我国天文观测技术的发展，激发学习的兴趣，养成热爱科学的情感。

1.中心天体质量的计算；

2. “称量地球的质量”和海王星的发现，加强物理学史的教学。

通过几张宇宙图片的欣赏，学生体验宇宙中螺旋的共同特点，万有引力提供向心力是天体都遵循的规律。那么，万有引力定律在天体运动中还有哪些具体的应用呢？让我们一起进入本章《万有引力理论的成就》的学习。

情境创设：假如你成为了一名宇航员，驾驶宇宙飞船航行在宇宙深处，突然，前方一美丽的天体出现在你的面前。你先关闭了宇宙的发动机，然后飞船刚好绕美丽天体做了完美的圆周运动，绕行一周后，飞船就平稳的降落在了星球上。

合作讨论：你有什么办法可以测得这一神秘天体的质量吗？

（学生通过小组探究，教师巡回指导，形成自己本组的意见，由小组选出的代表来向全班展示自己思考的结果。）

小组代表讲解展示：

即：

从而得出星球（中心天体）的质量

思路二：根据宇航员降落在星球表面上后，重力近似等于万有引力，

即： 得出

在思路二完成之后，紧接着问题：如何测得星球表面的重力加速度g呢？

（学生讨论回答，现场教师展示借助小球的自由落体运动，通过现代技术“传感器”现场完成重力加速度的测量。）

设计说明： 1.通过“学生成为宇航员驾驶宇宙飞船发现未知天体”的情境创设，围绕”如何测得星球的质量？”这一中心问题展开学生的讨论活动，在让学生觉得有趣味的同时，通过小组讨论、合作学习来促使学生创造性的思考、解决本节课的中心问题。2.多媒体和现代测量方法——传感器让学生感受技术带来的便捷。

启示：一旦测出了引力常量g，那么就可以利用公式 得到地球的质量了。

1798年，卡文迪许通过自己设计的扭秤实验，成功得到了引力常量的值。因此卡文迪许把自己的实验说成是“称量地球的重量”，是不无道理的。

设计说明：在这一问题中，老师提示了球体的体积公式，然后就把时间交给学生了。学生进行了积极的演算，可得到的答案有两种，一种是带有半径的，而另一种则是把半径约分掉的 。“为什么半径可以约掉呢？”这一问题又再一次促进了学生的思考。而这也保证了课堂的开放性。

视频：“海王星的发现”，——展现科学发现的足迹，注重学生进行科学态度和情感。

一、 图片欣赏，引入新课

二、 测中心天体的质量

三、 卡文迪许——人文魅力

四、 应用

1.测天体密度

2.发现未知天体

本节课在教学设计上创造性的使用教材，通过“学生成为宇航员驾驶宇宙飞船发现未知天体”的情境创设，让学生在极大的'趣味中完成了本节中心内容的教学。学生的学习过程脉络清晰。物理学家的人文魅力学生也有一定的感知。

高中物理《万有引力理论的成就》教学设计篇二

每周一次，牛顿都要和他的好朋友史贝丽去教堂做礼拜。有一次，沙漏时钟里的沙子结团了，时间不准了。他们做礼拜差一点儿迟到了。史贝丽打算换一个沙漏时钟，但是沙漏时钟是一个稀罕东西。史贝丽对牛顿说：“你能不能做一个新的沙漏时钟呢？”牛顿答应了。

牛顿发现沙漏时钟会漏水是造成时间不准的原因，他想起书上有水漏时钟的资料，他打算做一个水漏时钟，因为它可以避免沙漏时钟存在的缺点，比如漏水、受潮导致沙子结团什么的。

牛顿先做了两个水槽，两槽相连处有个小孔，还有时间刻度。他一个晚上守在水漏时钟旁，当教堂的钟声响起时，但水漏时钟里的浮标却还停留在五点半左右，慢了半小时。牛顿不灰心，又把小孔挖大一些。第二个晚上，他还要守着浮标再做一次试验。当浮标到达了6的数字，教堂的钟声刚好敲响了，这钟声也宣告着牛顿研制水漏时钟的胜利。

从牛顿的身上，我们看到的是一种刻苦钻研的科学精神，正是这种精神，这种毅力，才使得他成功地研制了水漏时钟。我以后一定要做一个善于学习，善于思考，刻苦钻研的好学生。

爸爸后记：《牛顿的故事》这本书小宇反复看了五、六遍，达到了爱不释手的程度。她写读后感，既没写牛顿发现万有引力定律，也没写牛顿把怀表当鸡蛋煮的“马大哈”，因为她不想写许多人写过的内容，千人一面。

这里面有一个小插曲，小宇写“牛顿要和他的好朋友去教堂做礼拜”时，我说，牛顿的好朋友史贝丽和艾萨克两人之间不要用“和”字，用顿号分开就行了，一个句子最好不要出现两个“和”。小宇笑着说，牛顿就是艾萨克，用不着第二个“和”字。

我只知大名鼎鼎的牛顿，而不知艾萨克，为自己的知识面狭窄感到惭愧。

高中物理《万有引力理论的成就》教学设计篇三

摘 要：万有引力的发现是牛顿善于观察与想象，善于联系、融合各学科知识及前人的研究成果，长期思考与研究的结果。文章从人们认识不到引力的事实及原因进行分析，构造、探讨地球对其上的苹果等物体、对空中附近物体和月球有吸引力，进而指出星体之间、任何两个物体之间有吸引力，证明万有引力存在的思维过程。

著名的科学家牛顿看到苹果从树上掉下来落在地上，想到为什么不往天上“飞”，也不横着“跑”，经过反复观察与研究，终于发现万有引力的故事在我国家喻户晓。可是学生虽然听了很多遍，却未必能引起他们的深思。为此，笔者对牛顿发现万有引力的思维过程进行探讨。

一、人们认识不到引力的事实及原因分析

自古人们就知道物体有重量，亚里士多德在两千多年前就提出物体往下掉落的原因是其有重量。人们在17世纪早期就已经知道重力，认识到地面上的物体都受重力的作用竖直向下落（只是没认识到它是由引力而产生的）。正是无数的人看到了无数的从树上或高处掉落下来的果子等物体，而没有认识到引力的原因，让不少人怀疑此故事真实性。

其实，真正认识到地球对苹果有吸引力或万有引力是很困难的。不然的话，也不会等到牛顿去发现。笔者愚钝，听了故事犹坠云雾之中，甚至学了高中和大学物理也只是为了考试而被动接受，并没有真正认识到引力的存在。而且被故事中的一句“反复地观察与研究，终于……”打入了“苦海深渊”，这使笔者沉思、苦苦探索了很长时间。笔者认为，牛顿有可能是受到苹果落地的启发发现了地球对苹果的吸引力。那别人为什么认识不到呢？大多数人之所以看不到引力，一是由于生活在一个小圈子里，看问题受到了局限，做不到多方位、全面地看问题;二是不能把问题与已知的事实相联系，缺乏想象力和思维力。

1.地球和它上面的物体都有相互吸引力

（1）地球对苹果有吸引力。牛顿发现地球对苹果有吸引力，是充分发挥其想象力，多方位观察、思考的结果。首先，地球是球形的，不同地方苹果树上的苹果掉下来落在树所在的地上，但落地的方向不一致。其次，联想到生活中，人们经常把东西从下方提到上方。如用绳子拴上水桶到井里去提水，人们得用力拉绳子才能将水桶提上来。与此类比，地球下方的苹果，应该有一根无形的绳子把它拉了上来，这种拉力就是地球对苹果的吸引力。那怎样去验证上述想象与思考呢？牛顿充分展现了他的抽象思维能力，将地球抽象为地球模型（如地球仪）并安装上苹果树的模型进行了验证。如规定了地球模型上某地为上方后，若不给模型下方的苹果模型一个向上的力的作用，是落不到地球模型上去的。再次，虽然验证了想象与思考是对的，但这与人们司空见惯的、由于重量（力）而使物体往下落的认识产生了矛盾。牛顿通过对地球模型上的苹果模型落向和是否需要外力的比较与思考，认识到苹果的重量或所受重力是由于地球对它的吸引力而产生的，且指向地球中心，这就认清了重力的来源和实质，坐实了苹果落地是地球对其有吸引力的结果，实现了认识上的一次飞跃。（2）类比推广——地球和它上面的物体都有相互吸引力。在认识了地球对苹果有吸引力的基础上，进行类比推广，得到地球对地球上的物体，如人、牛、羊、桃、梨、石头等所有物体都有吸引力。再根据作用力与反作用力的关系，得出地球和它上面的物体之间都有相互吸引力。

2.联想类比与推广——星体之间有引力

那牛顿又是怎样把它发展到天体上去的呢？笔者认为，牛顿进行了以下推广。

（1）地球与空中附近物体之间有引力。上面的推广，物体毕竟在地球上或与地球相连（如苹果通过树枝树干与地球相连），否则的话是否也有引力呢？联想到离地球比较近的云，有时下冰雹、雨滴、雪花。冰雹是有重量的，虽然一滴雨滴、一片雪花感觉不出重量，当积累起来也有重量，所以雨滴、雪花都有重量。因此，它们也是受到地球的吸引力才落下来的。从而得出：地球和空中附近的物体之间也有相互吸引力。（2）地球与其他星体之间有引力。在进行了上述思考后，牛顿想到离地球再远的物体（如星体）是否也受到地球的引力作用呢？联想到有的星星成为流星掉下来落到地上成为陨石，且陨石也有重量，这就说明它也是受到地球的吸引力才落地的。于是，牛顿猜想：不管星体离地球多远都受到地球对它的吸引力作用。因此，月亮也应该受到地球对它的吸引力作用，可它为什么不落地呢？这促使他进一步进行探讨。首先，巨人肩上寻原因。之前，伽利略证明了行星的运转，开普勒提出了行星运转的三大定律，解决了月亮绕地球做近似圆周运动及地球对月球吸引的问题。牛顿受此启发猜想：月亮不落地是它绕地球做圆周运动的原因。其次，联想类比与证实。牛顿联想到小时候经常玩的游戏，一头拴着小石头的绳子，一头拿手中，但可以牵引着小石头在空中绕着手做圆周运动，石头虽有重量但不落地。倘若一撒手（失去了牵引力），石头就不再做圆周运动，会沿切线方向飞出去，然后在地球引力（或重力）的作用下落地。而且在同一方向飞出去的小石头（如都从最高点飞出去），转得越快飞得越远。这会让人想象到，如果转得很快很快，小石头就将不再落到地面上，而是围绕地球旋转起来;要是地球没有引力，这石头就会沿切线方向照直飞去。于是，牛顿进行类比猜测：月亮绕地球做近似的圆周运动，应该是地球像手牵引石头一样，用一根看不见的绳子牵引着月亮绕自己运动，即地球对月球有吸引力。牛顿想月亮不落下来，也不跑，做圆周运动的原因是绕地球运行所需的向心力等于离心力，而向心力就是地球对月球的吸引力。至此，牛顿凭借他丰富的想象力和思维能力，认为月亮运行也是引力作用的结果，这和地球吸引苹果的力是同一种性质的力，达到了认识上的又一次升华。牛顿再根据作用力与反作用力的关系，月球对地球也有吸引力，进而推出，不管星体落不落地，也不管星体离地球多远，地球和其他星体之间都有相互吸引力。（3）星体之间有引力。开普勒曾提出太阳伸出一只看不见的巨大的手拉着行星跟太陽一起旋转。胡克推测太阳对所有星球和地球产生一种吸引力，使它们围绕太阳运动。站在他们的肩上，牛顿又把上述研究结果类比推广到了所有的天体之间。地球等星体围绕太阳旋转，它们之间有相互吸引力;地球等星体带着绕它们旋转的月球等星体也绕太阳旋转，从而太阳与月球等星体之间也有相互吸引力。牛顿进而类比得出：任何两个星体之间都有相互吸引力。

3.返回地球再類比——万物之间有引力

牛顿在解决了天体之间的相互吸引力后，又类比到地球上来，提出了地球上两个物体之间都有相互吸引力（后来的科学家证实了这一点）。至此，牛顿得到了不论天上地下，宇宙中任何两个物体之间都具有相互吸引力——称为万有引力。而后，他借助前人的研究成果和自己深厚的数学功底，推导出了计算引力的公式——万有引力定律公式。这样，就实现了地面上物体运动和天体运动规律的统一，地面上的力学和天文学上的力学的统一，筑起了人们探索宇宙奥妙的天梯。

综上可知，万有引力的发现是牛顿善于观察与想象，善于联系、融合各学科知识及前人的研究成果，长期思考与研究的结果，是其科学思维的结晶，绝不是一个苹果落地就能解决的。当然，上述思维过程是笔者多年来探讨、构造的结果，未必是牛顿的思维过程，目的是给人以更多的启迪。

参考文献：

discovering gravitation

liu xiansheng

（college of science，binzhou university， binzhou 256600， china）

高中物理《万有引力理论的成就》教学设计篇四

牛顿二十三岁时，鼠疫流行于伦敦。剑桥大学为预防学生受传染，通告学生休学回家避疫，学校暂时关闭。牛顿回到故乡林肯郡乡下。在乡下度过的休学日子里，他从没间断过学习和研究。万有引力、微积分、光的分析等发明的基础工作，都是这个期间完成的。

那时，乡下的孩子是常常用投石器打几个转转之后，把石抛得很远。他们还可以把一桶牛奶用力从头上转过，而牛奶不掉下来。

地球的`距离，由于引用的资料数据不正确，计算的结果错了。因为依理推算月球围绕地球转，每分钟的向心加速度应是十六英尺，但据推算仅得十三点九英尺。在失败的困境中，牛顿毫不灰心和气馁，反而以更大的努力进行辛勤地研究。整整经过了七个春秋寒暑，到三十岁时终于把举世闻名的万有引力定律全面证明出来，奠定了理论天文学、天体力学的基础。

这时期牛顿还对光学进行了研究，发现了颜色的根源。一次，他在用自制望远镜观察天体时，无论怎样调整镜片，视点总是不清楚。他想，这可能与光线的折光有关。接着就实验起来。他在暗室的窗户上留一个小圆孔用来透光，在室内窗孔后放一个三棱镜，在三棱镜后挂好白屏接受通过三棱镜折进的光。结果，大出意外，牛顿惊异地看到，白屏上所接受的折光呈椭圆形，两端现出多彩的颜色来。

对这个奇异的现象，牛顿进行了深入的思考。得知光受折射后，太阳的白光散为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色。因此，白光（阳光）是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光线汇合而成。自然界雨后天晴，阳光经过天空中余围的雨滴的折射、反射，形成五彩缤纷的虹霓，正是这个道理。

经过进一步研究，牛顿指出世界万物所以有颜色，并非其自身有颜色。太阳普照万物，各物体只吸收它所接受的颜色，而将它所不能接受的颜色反射出来。这反射出来的颜色就是人们见到的各种物体的颜色。这一学说准确地道出颜色的根源，世界上自古以来所出现的各种颜色学说都被它所推翻。

高中物理《万有引力理论的成就》教学设计篇五

钱学森的故事

牛顿小时候的故事、关于牛顿的小故事：牛顿的小学经历！牛顿5岁上小学，那时的小学是私人办的，带有私塾性质，而且是一种教鞭教育。学校请了一男一女两教师分别教孩子们的文法和算术。孩子们稍有不听话，或者回答不出问题，就要挨打。

牛顿，伟大的英国物理学家。1661年，就读于剑桥大学的三一学院。1669年，年仅27岁，就担任剑桥的数学教授。1672年当选为英国皇家学会会员。1685～1687年，在天文学家哈雷的鼓励和赞助下，牛顿发表了著名的《自然哲学的数学原理》，完成了具有历史意义的发现——运动定律和万有引力定律，对近代自然科学的发展，作出了重大贡献。1703年，当选为英国皇家学会会长。

牛顿不仅对于力学，在其他方面也有很大贡献。在数学方面，他发现了二项式定理，创立了微积分学；在光学方面，进行了太阳光的色散实验，证明了白光是由单色光复合而成的，研究了颜色的理论，还发明了反射望远镜。可是就是这样一个伟大的牛顿，小时候竟被人称为“呆子”。要不是外婆、母亲、舅舅的赏识，他可能永远都是一个笨小孩。

“这么简单的问题都答不上来，你还来上什么学。过来，脸朝那一边站好。”老师一边挥动着教鞭，一边走过来，拉起牛顿，让他在讲台边上罚站。顿时，牛顿感到血液像火一样往上直蹿，脸刹那间变红了。屈辱、自卑感像尖锐的刺扎痛了牛顿幼小的心灵。牛顿嘴唇颤抖着，却说不出一句话。牛顿噙在眼里的泪止不住地落了下来，心里感到十分委屈，却听到老师奚落的话语：“嚯，你怎么这么懦弱，这么容易掉眼泪，真没用。”接着又响起不少男同学的附和声音。

经过这件事以后，牛顿每次上课都很紧张，老师讲的东西一句都没有听清楚，也听不懂，所以每次回答问题都是结结巴巴的，前言不搭后语，老师也听不懂。对牛顿的提问，差不多都是以牛顿遭受一通大声训斥或打手心而告终。学校的这种环境使他愈来愈厌恶上学，越是不想上学就成绩越差，成绩越差就越被老师训斥和同学们讥笑。

牛顿经常被列入差等生的行列。虽然人们非常关心、同情这个可怜的孩子，可是，同学们却常常歧视他，有的甚至还欺负他。牛顿在学校里不知听了多少讥讽的话语，也不知挨了多少次同学的拳打。同学们还给牛顿起了一个绰号：呆子!一些调皮的孩子常常拿他开玩笑，搞恶作剧。

牛顿搬进一幢新楼以后，开始研究光线在薄面上是怎样反射的。他每天都在读书、思考。早上起床穿衣服，突然想到了研究中的问题，他就像被定身法定住了一样，呆住了，然后开始实验或工作，所以他时常穿错了袜子或者在夏天穿上秋天的衣服。

牛顿最喜欢的地方就是实验室。他很少在两三点钟以前睡觉，有时整天整夜守在实验室里。为他做饭的保姆只好把饭菜放在外间屋的桌子上。

还有一回，一个好朋友请牛顿吃饭，一边吃饭一边议论科学问题。饭吃到一半的时候，牛顿站起来说：“对了，还有好酒呢，我去取来咱们一起喝。”说完就向实验室跑去，一去就不回来了。朋友追过去一看，牛顿又摆弄上他的实验了。原来牛顿在取酒的路上忽然想出了一个新的实验方法，居然将取酒的事忘得一干二净了。

1、牛顿的故事

牛顿一人在家中的果园中，由于边走路边思考问题，无意间撞到园中的苹果树，这时一个苹果正好砸在牛顿的头上。牛顿突然从问题中醒悟过来，捡起了苹果，这时他又陷入一个问题：为什么苹果会落到地上，而不是飘上天空。最终牛顿提出一个最简单的现象产生的举世定律：万有引力.一天，保姆要出去，临走前叮嘱牛顿：“我有事，先出去下，肚子饿了去煮鸡蛋吃，我烧好水了。”保姆回来发现牛顿把一块怀表拿去煮了。而牛顿却在研究发明。这个故事告诉我们不要太投入一件事，该收手时就收手。

2、爱迪生的故事

1862年8月，一天早晨，爱迪生正在某个小车站上卖报。猛一抬头，只见一个三四岁的小男孩蹲在铁轨旁玩石子，一列货车正朝他飞驰而来。爱迪生“哎呀”一声，扔下报纸，奋不顾身地冲下站台，一把抢出小孩。这时候，火车擦着他的耳朵呼啸而过。好险哪！爱迪生抱着小男孩摔倒在铁轨旁，他的脸和手被划破了，然而，孩子得救了。

爱迪生却毫不在意地笑了笑，他从地上捡起报纸，拍打拍打身上的灰土，登上火车就走了。第二天，当爱迪生乘坐的火车进站的时候，麦肯基早已在站台上等候着了。他十分诚恳地对爱迪生说：“我没有什么可以酬谢你的。听说你对电报很有兴趣，要是你愿意，我可以教你收发报技术，使你成为一名报务员。”这番话正说在小爱迪生的心坎上。他高兴地接受了麦肯基的好意，跟着他学习收发电报的技术。爱迪生学习很专心，进步很快。才三个月的工夫，他收发电报的技术已经很熟练，麦肯基推荐他担任了火车站的报务员工作，这次非常意外的学习机会，为爱迪生以后进行的伟大发明，奠定了良好的基础。

3、综合科学家故事

伟大的天文学家哥白尼在中学时代，听说可以用太阳的影子来确定时间，这个仪器的名子叫日晷。他很好奇，就找老师问了日晷的原理，回家找了些废旧材料，很快就做出来啦。他利用自己做出来的日晷，研究太阳和地球的运动规律。哥白尼长大后，提出了著名的“日新说”，推翻了过去一直认为是太阳绕地球转“地心说”的错误说法。

爱迪生小时候对什么都感兴趣。对自己不了解的事情总想试一试，弄个明白。有一次他看见花园的篱笆边有一个野蜂窝，感到很奇怪，就用棍子去拨，想看个究竟，结果脸被野蜂蜇得肿了起来，他还是不甘心，非看清楚蜂窝的构造才行。爱迪生后来成了举世闻名的大发明家。大动物行为学家古多尔曾经说过：闷热的鸡窝常常和我们儿童时代的回忆交织在一起。小时候，我曾钻进鸡窝一直呆了五个钟头，为的是要看看母鸡究竟是怎么下蛋的。我国伟大的地质学家李四光小时候常常一个人靠着家乡的一些来历不明的石头出奇的遐想，好奇的自问，为什么这里会出现这些孤零零的巨石？它们是借助什么力量到这儿来的。后来李四光走遍了全中国山川河流，作了大量的考察与研究，终于断定这些怪石是冰川的浮砾，是第四纪冰川的遗迹。纠正了国外学者断定中国没有第四纪冰川的错误理论。

伟大的物理学家牛顿小时候看到苹果熟了，掉下来很好奇，他想，地球上的东西，失去了支持后为什么都掉到地上来，而不会向其它方向掉呢？后来，他终于发现了万有引力定律。

4、爱迪生故事 童年时期

有一天爱迪生听到了一个好消息，这消息就是南美洲在招募电信技工，可是当他们要去南美洲的时候，有一位老伯伯告诉他们那里并不好，所以去南美洲的念头就消失了，于是他又回到故乡休轮港，在流浪的这段期间爱迪生也是一直的努力读书、做实验、研究和工作，为他以后的发明奠定了一个良好的基础。爱迪生在回家的那段期间，好朋友亚当斯在波斯顿帮他找到了一份电信技工的工作，在那里爱迪生发明了自动表决机，是爱迪生第一个获得专利权的发明，自动表决机是一个有绿色和红色按钮的机器只要按一下绿色的按钮就表示“对”，红色的按钮就表示“不对”，机器完成之后他便跑到华盛顿去实验这部机器，到了华盛顿以后实验的成果是很好，但是委员们还是告诉爱迪生这部机器不怎么实用，坐在归途的火车上，他一面思想着“发明家脑子里想出来的发明多半是不实用的，只有从社会需要自然产生出来的发明才有意义。”爱迪生的第一个发明，虽然就这样失败了，却给了爱迪生一个宝贵的教训，以后他之所以能成为一个成功发明家，都得力于此时所建立的方针。

5、国家最高科学技术奖获得者——吴文俊

如果不是亲眼所见，你也许无法想象眼前这位鹤发童颜、乐观开朗的老先生，就是年逾8旬的著名数学家：步履矫健，连小伙子有时都赶不上；思维敏捷，稍不留神就跟不上他的思绪。2001年2月19日，82岁的吴文俊从国家主席江泽民手中接过国家最高科学技术奖证书，这位平时十分低调的科学家顷刻间成为举世瞩目的新闻人物。

1）虽然是杰出的数学家，但吴文俊小时候却喜欢看历史书籍，对数学并没有多大兴趣。在大学二年级时还曾一度对数学失去兴趣，甚至想辍学不念，是一位姓武的老师的精彩课程，改变了他对数学的看法。大学三四年级时的刻苦钻研，更使他打下了现代数学的基础。大学毕业后正值抗日战争，吴文俊在中学默默任教了5年。此后，和数学大师陈省身的结识，使他走上了拓扑学研究之路，并以自己的天才和功力很快在这一领域崭露头角，一发不可收拾。半个世纪里，在拓扑学、数学机械化和中国数学史等方面做出了开创性的世界级贡献。他的成就奇迹般地大大缩短了中国近代数学与国际间的差距，大长了中国人的志气。

剑兰、龟背竹„„盎然的绿色使房间里充满了温馨和暖意。五六十年代添置的红木家具虽然显得陈旧，但图案依旧精美，见证着这个家庭的风霜雪雨，见证着吴先生的攀登科学之路：即使在六七十年代，受到冲击的吴文俊 仍然抓紧时间从事科研。科学的思维从未停止过，创新的脚步也从未停歇过。

早在半个世纪前，吴先生就把世界范围内基本上陷入困境的拓扑学研究继续推进。45年前的1956年，37岁的吴文俊因其在拓扑学上的杰出成就，与华罗庚、钱学森一起获得当时的“最高科技奖”——国家自然科学一等奖，第二年他成为了当时最年轻的中国科学院学部委员（院士）。

6、鲁班的故事

鲁班家世世代代都是工匠。在这个劳动家庭里，他从小就学会了多种手艺，例如盖房子、造桥、制造机器等。

百年来就一直流传在民间。相传有一年，鲁班接受了一项建筑一座巨大宫殿的任务。这座宫殿需要很多木料，鲁班就让徒弟们上山砍伐树木。由于当时还没有锯子，他的徒弟们只好用斧头砍伐，但这样做效率非常低，工匠们每天起早贪黑拚命去干。累得精疲力尽，也砍伐不了多少树木，远远不能满足工程的需要，使工程进度一拖再拖，眼看着工程期限越来越近，这可急坏了鲁班。为此，他决定亲自上山察看砍伐树木的情况。上山的时候，由于他不小心，无意中抓了一把山上长的一种野草，却一下子将手划破了。鲁班很奇怪，一根小草为什么这样锋利？于是他摘下了一片叶子来细心观察，发现叶子两边长着许多小细齿，用手轻轻一摸，这些小细齿非常锋利。他明白了，他的手就是被这些小细齿划破的。后来，鲁班又看到一条大蝗虫在一株草上啃吃叶子，两颗大板牙非常锋利，一开一合，很快就吃下一大片。这同样引起了鲁班的好奇心，他抓住一只蝗虫，仔细观察蝗虫牙齿的结构，发现蝗虫的两颗大板牙上同样排列着许多小细齿，蝗虫正是靠这些小细齿来咬断草叶的。这两件事给鲁班留下了极其深刻的印象，也使他受到很大启发，陷入了深深的思考。他想，如果把砍伐木头的工具做成锯齿状，不是同样会很锋利吗？砍伐树木也就容易多了。于是他就用大毛竹做成一条带有许多小锯齿的竹片，然后到小树上去做试验，结果果然不错，几下子就把树皮拉破了，再用力拉几下，小树杆就划出一道深沟，鲁班非常高兴。但是由于竹片比较软，强度比较差，不能长久使用，拉了一会儿，小锯齿就有的断了，有的变钝了，需要更换竹片。这样就影响了砍伐树木的速度，使用竹片太多也是一个很大的浪费。看来竹片不宜作为制做锯齿的材料，应该寻找一种强度、硬度都比较高的材料来代替它，这时鲁班想到了铁片。于是他们立即下山，清铁匠们帮助制作带有小锯齿的铁片，然后到山上继续实践。鲁班和徒弟各拉一端，在一棵树上拉了起来，只见他俩一来一往，不一会儿就把树锯断了，又快又省力，锯就这样发明了。在鲁班之前，肯定会有不少人碰到手被野莫划破的类似情况，为什么单单只有鲁班从中受到启发，发明了锯，这无疑值得我们思考。大多数人只是认为这是一件生活小事，不值得大惊小怪，他们往往在治好伤口以后就把这件事忘掉了。而鲁班却有比较强烈的好奇心和正确的想法，很注意对生活当中一些微小事件的观察、思考和钻研，从中找到解决问题的方法和思路，甚至获得某些创造性发明。这告诉我们一个道理，留意生活中许多不起眼的小事，勤干思考，会增长许多智慧。

高中物理《万有引力理论的成就》教学设计篇六

高中物理《万有引力理论的成就》教学设计篇七

1643年，牛顿出生在英国一个小农场主家庭。小时候的牛顿学业平常，与众不一样的是他爱冷静思考，还有极强的动手本事，课余时间喜欢制作各种各样的工艺品和小机械装置。

那时候，人们常利用风力带动风车磨面粉。英国北部的林肯郡乡村的磨坊顶上，就有一架这样的风车。有风的日子，风车就会“咕噜咕噜”转起来。

小牛顿每一天上学都要经过这座风车磨坊。他十分喜欢那架风车，觉得只要那么一点儿风，就能推动这么庞大的风车转动起来，还能带动大磨将麦子磨成面粉，真是太神奇了!

这一天，在一条乡间小路上，一群孩子蹦蹦跳跳地走回家去。人群中，一个瘦弱的孩子显得有些与众不一样，他的脚步很慢。这个孩子就是12岁的牛顿。此刻，小牛顿正朝风车磨坊走去。他在想：“风车是靠风来带动的，可要是没风，风车还能转动吗”这时，他发现树上的树叶纹丝不动，真的一丝风也没有了。小牛顿急了，脚步也不由得快了起来。

果然，小牛顿发现那架风车无精打采地立在那儿，一动也不动。

这回，小牛顿又在想：“有什么办法能不受风的影响，让风车一向转动下去呢”吃过晚饭，小牛顿决定按照自我的想法造一架能一向转动的风车。从此一放学，他就飞快地跑回家去，躲在屋里搞他的“发明”。

“我还要制造个大风车，让它也能带动大磨磨出面粉!”牛顿昂起头，眼睛里闪着坚定的光芒。

长大后，牛顿就是凭着这个勤思考、爱动手的习惯，成为世界上伟大的科学家，发现了许多科学上的重要规律，其中包括对科学界影响巨大的万有引力定律。

高中物理《万有引力理论的成就》教学设计篇八

高中物理《万有引力理论的成就》教学设计篇九

摘要： 牛顿万有引力定律的发现是人类认识自然规律方面取得的一个重大成果，万有引力定律是经典力学的重要组成部分，而且为天体力学奠定了坚实的理论基础，牛顿无疑是一位世界公认的伟大科学家。在牛顿之前，有许多科学家致力于对宇宙的观测和研究，但无人能建立一套系统的理论。牛顿在前人的研究成果上进行加工，并且更深入的思考与研究，灵活运用各种数学知识，将微积分、几何法与开普勒三个定律以及离心力、向心力定律相结合，从而证明了椭圆轨道上的引力平方反比定律，接着他又将“质量”引入引力理论，从向心力演化出引力，并证明它们与质量和距离的定量关系，最终将向心力定律演化成万有引力定律。从1665牛顿开始着手研究到1685年正式发现万有引力定律，花了整整20年的漫长时间。

关键词：离心力

向心力

离心力定律

引力平方反比定律

万有引力定律

centripetal force

the centrifugal force laws

the low of universal gravitation 艾萨克·牛顿（isaac newton，1642～1727）于伽利略（galileo galilei,1564～1642）逝世的同一年出生。英国18世纪诗人蒲柏（alexander pope）颂赞牛顿有这样的诗句：“自然与自然的规律隐藏于黑暗里，上帝说让牛顿降生吧！一切就有了光明。”他以此来崇敬在科学上建树功绩的牛顿。万有引力定律是牛顿的最著名科学发现之一，正是这个发现奠定了天体力学的基础，并导致牛顿建立他的“宇宙系统”。关于万有引力定律的发现过程和年代问题，长期以来有许多说法和故事，流传最广的一种说法是牛顿在苹果树下乘凉时，见到苹果落到地上，于是他就思考，苹果为什么落到地上而不到天上呢？为什么月亮不会落下来呢？循此推想下去，就发现了万有引力定律。传说固然是美好的，但事实上，万有引力定律的发现并非像传说那么简单明了，作为这一划时代的科学发现，是需要有坚实的数学和物理基础的。

牛顿在1676年2月5号给胡克（robert hooke，1635～1703）的信中曾说过：“如果我曾看的更远些，那是因为我站在巨人们的肩上。”这句名言正确的阐明了牛顿在发现万有引力定律的过程中与前人的关系。在牛顿之前，许多科学家如哥白尼（nicolaus copernicus，1473～1543）、伽利略、笛卡尔（rene descartes，1596～1650）、哈雷（edmond halley，1656～1742）、胡克等都对宇宙进行过观测和研究；丹麦天文学家第谷（tycho brahe，1546～1601）连续二十多年对行星的位置进行了精确测量，积累了大量的数据；开普勒（johannes kepler，1571～1630）继承了第谷留下的宝贵材料，并通过观测研究，以及长期艰苦的计算，总结出行星绕太阳运动的三条基本定律，这些都为牛顿发现万有引力定律创造了条件。

万有引力定律正是沿着这样的顺序才终于发现的：离心力概念——向心力概念——引力平方反比思想——离心力定律——向心力定律——引力平方反比定律——万有引力与质量乘积成正比——万有引力定律。

一、离心力和向心力的概念

1632年，伽利略发表了《关于托勒密和哥白尼两大宇宙系统的对话》一书，在对等速圆周运动进行动力学的分析的同时，实际上提出了离心力和向心力及其相等和方向相反的概念。他写道：“„„但是在圆周运动中，既然运动物体不断地在离开并在接近它的自然终点，那么接近的倾向和抗拒的倾向在力量上就永远相等了。”此外，他把“宇宙中心”和“地球中心”区别开来，分别讨论日心和地心的吸引力问题，他认为“如果给宇宙规定一个中心的话，我觉得宁可说太阳处于宇宙的中心”，“我们看出地球是个圆球，因此我们肯定它有个中心，并且看到地球的各个部分都趋向这个中心”。这表明，伽利略已经在考虑地球和天体的重力具有统一性和地球运动是由太阳的引力所引起的。

《关于托勒密和哥白尼两大宇宙系统的对话》一书是由萨拉斯布里（salusbury）在1661年翻译成英文发表的，牛顿读过这个英译本，这对牛顿后来的发现起了启迪和先导的作用。

定义1 我把将一个物体推或拉向可看作一[力]中心的任一点的力称作向心力。

二、引力平方反比思想

法国天文学家布里阿德（ismaelis bullialdus，1605～1694）在1645年发表了一本名为“天体哲学”（astronomia philolacia，1645）的小册子，他认为太阳的动力或引力在性质上应“与粒子的力相似，像光的亮度与距离的关系那样，应当以与距离的平方成反比的关系取而代之”。

这段话清楚的说明牛顿的引力平方思想很有可能源于布里阿德，此外，还有种种迹象表明牛顿可能知道布里阿德的引力平方反比思想，譬如说从牛顿在1664年底写的《三一学院笔记》（trinity notebook）的行星运动部分以及约同时写的《流水帐》（waste book）中可以看出牛顿是通过t·斯特雷斯（t·streete）的《卡洛林天文学》（1661）才知道开普勒的第一、第三定律的，《卡洛林天文学》这本书不仅提到布里阿德，而且应用了他在1657年修改的一个理论，这个理论是关于椭圆轨道方程的。

三、离心力定律的发现

一提起离心力定律的发现，人们总认为是惠更斯（christian huygens，1629～1695）在1673年发表的《摆钟》一书中提出来的，这种说法广为流传。其实牛顿早在1664年9月至1666年之间，就提出了这个定律，并且用于圆轨道天体的引力平方反比关系的发现上。

我们已经知道伽利略曾提出过离心力和向心力及其相互关系的想法，并且在《关于两种新科学的对话》中利用莫尔顿规则（merton rule）论证落体定律，这对牛顿有着重要的影响作用。

一物体在等于半径为r的圆周上运动的离心力的作用下，在一条直线上运

1动，则在圆周上通过距离r运动的时间内，物体将在直线上通过r的距离。

2v2112向地心的垂直线自由落下，则落下距离rgt，然后代入r=vt，则g。

r22v2在两端乘以质量m，则离心力f=m =mg。

v2离心力f=m

r这就是牛顿提出来的离心力定律表述形式，与9年后惠更斯提出的离心力定律等效。

四、引力平方反比定律

科学史上曾闹得沸沸扬扬的胡克与牛顿争论万有引力定律的发现权，实际上争的是椭圆轨道上的引力平方反比定律的发现权。引力平方反比定律和万有引力定律不能混为一谈，引力平方反比关系的思想和引力平方反比定律也要加以区别，而且，这里提到的引力平方反比定律指的是椭圆轨道上的，而非圆轨道上的。1665～1666年间，牛顿因剑桥流行疫症而回家，这期间，由于布里阿德的引力平方反比思想的启发，以及离心力定律的发现，促使牛顿试图利用开普勒行星运动第三定律、落体定律和离心力定律从理论上论证引力平方反比定律，并且进行过地月检验，但事与愿违。牛顿的地月检验也失败了，原因是当时对一纬度对应的地面长度测量误差过大，再加上牛顿当时陷入与胡克在光学上的论战，所以牛顿把这项研究放到一边，研究起其他问题了。

1679年，牛顿知道运用开普勒第二定律，但在证明方法上没有突破，仍停留在1665～1666年的水平，即只能证明圆轨道上的而不是椭圆轨道上的引力平方反比关系。

1680年1月6日，胡克在给牛顿的一封信中，提出了引力反比于距离的平方的假设，并问道，如果是这样，行星的轨道将是什么形状。牛顿在六十年代就知道了这个假设，但他在信中并未说明，并且他们两人均未就椭圆轨道上的引力平方反比关系做过有成效的论证，也因此造成后来在发现权上的争论。

到了1684年1月，在雷恩（c·wren，1632～1723）的家中，哈雷与雷恩及胡克聚会，讨论天体运行问题。雷恩提出了一笔奖金，条件是要在两个月内完成这样的证明：从平方反比关系得到椭圆轨道的结果。胡克声言他已完成了这一证明，但他要等到别人的努力都失败后才肯把自己的证明公布出来。哈雷经过反复思考，最后于1684年8月专程到剑桥去拜访牛顿，向他求教。牛顿说他在5年之前已经完成了这一证明，但是没有找到那份手稿。在8到10月间，牛顿重新写出了证明的手稿，即《论运动》（de motu）一文手稿，寄给了哈雷。在这份手稿中，牛顿根据开普勒三个定律、从离心力定律演化出的向心力定律和数学上的极限概念和微积分概念，用几何法证明了椭圆轨道上的引力平方反比定律。

1679年，皮卡（j·picard，1620～1682）测得一纬度对应的地球表面长度为69.1英里，而不是60英里。牛顿在1684年才知道皮卡的测定值，然后用以计算地球半径和地月距离（牛顿在《原理》第三卷中，曾经提到“按皮卡的计算，地球的平均半径为19615800巴黎尺=3923.16英里”），终于验证了引力平方反比定律，从而使这个定律的发现得到确认。

五、万有引力与质量乘积成正比

万有引力与相互作用的物体的质量乘积成正比，应是从发现引力平方反比定律过渡到万有引力定律不可缺少的必然阶段。

从牛顿的科学思想和科学发现的过程来看，牛顿运动第二定律是应发现万有引力定律的需要才发现的。可以肯定的是，没有质量概念的突破，就不可能科学的表述运动第二定律，也不可能深刻理解和认识运动第一、第三定律，更不可能把运动三定律作为一个整体提出来去发现和表述万有引力定律。

1684年11月，牛顿在论运动的手稿之一《论物体的运动》中写道“加速力的量是由加速的力乘以同一物体得出来的”，就是作用力可由加速度乘质量求出来，他说“重量„„将永远与物体乘以加速的重力成比例”，就是指重力或万有引力与质量乘以重力加速度成比例。

六、万有引力定律的发现

从向心力定律到万有引力定律，还要实现两个过渡：⑴由向心力概念向万有引力概念的过渡 ⑵把向心力定律由地面推广到一切天体之间。

mmf=g2（g为引力常数，m、m为物体的质量，r为物体间的距离）

r万有引力定律建立后获得了极大的成功，解决了当时地球形状的争论；根据万有引力定律，哈雷早就计算和预言的哈雷彗星在1758年发现了；1798年卡文迪许（h·cavendish，1731～1810）测出了万有引力恒量；1846年法国天文学家莱维利叶（u·j·j·leverrier）和英国天文学家亚当斯（j·c·adams）利用万有引力定律用计算的方法发现了海王星；1930年3月14日用同样的方法发现了冥王星„„本世纪以来对几百万光年宇宙结构的研究都证明了万有引力定律的正确性。