第六章　万有引力定律（三、引力常量的测定）

第六章　万有引力定律（三、引力常量的测定） 教学目标：  1．了解卡文迪许实验装置及其原理。  2．知道引力常量的意义及其数值。  3．加深对万有引力定律的理解。 教学重点：引力常量的测定及重要意义。 教学难点：卡文迪许用扭秤测量引力常量的原理。 教学方法：引导式 教学过程：　　一　引入新课 牛顿虽然发现了万有引力定律，由于当时实验条件和技术的限制，没能给出准确的引力常量。显然，如不能定量地算出两物体间的万有引力的大小，万有引力定律就没有什么实际意义。直到1789年，英国物理学家卡文迪许巧妙地利用了扭秤装置，第一次在实验室里比较准确地测出引力常量。这节课我们就来学习他如何利用扭秤测出非常小的万有引力的。 二　新课教学 　（一）　引力常量G的测定 1．卡文迪许扭秤装置 将课本P106图6－2制成幻灯片或课件以辅助讲解。 2．扭秤实验的原理两次放大及等效的思想。 扭秤装置把微小力转变成力矩来反映（一次放大）， 扭转角度通过光标的移动来反映（二次放大），从而确定物体间的万有引力。 T形架在两端质量为m的两个小球受到质量为m’的两大球的引力作用下发生扭转，引力的力矩为FL。同时，金属丝发生扭转而产生一个相反的力矩，当这两个力的力矩相等时，T形架处于平衡状态，此时，金属丝扭转的角度可根据小镜从上的反射光在刻度尺上移动的距离求出，由平衡方程：　 L为两小球的距离，k为扭转系数可测出，r为小球与大球的距离。 3．G的值 卡文迪许利用扭秤多次进行测量，得出引力常量，与现在公认的值非常接近。　(二）　测定引力常量的重要意义 1．证明了万有引力的存在的普遍性。 2．使得万有引力定律有了真正的实用价值，可测定远离地球的天体的质量、密度等。 3．扭秤实验巧妙地利用等效法合理地将微小量进行放大，开创了测量弱力的新时代。　　三　例题分析 例1．既然两个物体间都存在引力，为什么当两个人接近时他们不吸在一起？ 　解：由于人的质量相对于地球质量非常小，因此两人靠近时，尽管距离不大，但他们之间的引力比他们各自与地球的引力要小得多得多，不足以克服人与地面间的摩擦阻力，因而不能吸在一起。 例2．已知地球的半径，地面重力加速度，求地球的平均密度。   解：设在地球表面上有一质量为m的物体， 　　则， 　　得，     而， 　　代入数据得 四　布置作业 　　　　阅读材料 第一个现代物理实验室 19世纪末叶，物理学进入了一个新发展时期，推动物理学发展的物理实验，同时从经典物理学发展时期以个人为主辅以简单仪器进行研究的形式，发展到近代物理学研究中集体分工合作并配备高级精密仪器的形式。这种发展，导致现代物理实验室的出现。 最早的现代物理实验室是英国的卡文迪许实验室。不少人以为这个实验室是著名的英国科学家、引力常数的测定者、确定水的组成并发现氢气的亨利·卡文迪许建造的，其实不是这么回事。当卡文迪许实验室建成时，亨利·卡文迪许离开人间已有半个多世纪了。卡文迪许实验室是在英国公爵德冯夏尔·卡文迪尔的资助下建成的。这位同姓的公爵是亨利· 卡文迪许的亲戚。 卡文迪许实验室于1872年破土动工，两年后就在剑桥自由学校巷里建成。说也奇怪，这个物理实验室竟是在一位著名的理论物理学家──麦克斯韦的领导下筹建的，他还是它的第一任主任。为了给实验室增添仪器，麦克斯韦拿出了自己不多的积蓄。 卡文迪许实验室它不仅出成果，而且出人才。许多有成就的物理学家都曾在这里受到过现代物理学的熏陶。领导卡文迪许实验室的都是成就辉煌、赫赫有名的现代物理学大师。继麦克斯韦之后，任卡文迪许实验室主任的有：现代声学和光学的奠基人瑞利，电子的发展者J·J·汤姆逊(他在28岁时就当上了主任)，现代原子核物理学之父卢瑟福，以科学研究组织工作见长的W·L·布拉格，现代固体物理的先驱莫特。除麦克斯韦之外，都是诺贝尔奖金获得者。