2024-2025學年高中物理 第五章 萬有引力定律及其應用 第1節(jié) 萬有引力定律及引力常量的測定教案2 魯科版必修2

2024-2025學年高中物理第五章萬有引力定律及其應用第1節(jié)萬有引力定律及引力常量的測定教案2魯科版必修2主備人備課成員教學內容分析本節(jié)課的主要教學內容是萬有引力定律及引力常量的測定。學生將學習萬有引力定律的表述、適用范圍、計算公式，以及引力常量的測定方法和過程。此外，學生還將了解萬有引力定律在實際應用中的重要性，如天體運動、衛(wèi)星導航等。

教學內容與學生已有知識的聯系：學生在學習本節(jié)課之前，應已掌握牛頓運動定律、向心力、圓周運動等基礎知識。在此基礎上，本節(jié)課將引導學生將已有知識與萬有引力定律相結合，進一步拓展學生的物理知識體系。同時，本節(jié)課的內容也為后續(xù)學習天體物理學、航天技術等領域打下基礎。核心素養(yǎng)目標本節(jié)課旨在培養(yǎng)學生的科學思維、科學探究和科學態(tài)度三個方面的核心素養(yǎng)。在科學思維方面，通過學習萬有引力定律，培養(yǎng)學生運用物理學原理分析和解決問題的能力。在科學探究方面，引導學生通過實驗和觀察，探究引力常量的測定方法，提高學生進行科學探究的能力。在科學態(tài)度方面，通過了解萬有引力定律在實際應用中的重要性，使學生認識到物理學在生活中的價值，培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和社會責任感。學習者分析1.學生已經掌握了哪些相關知識：在學習本節(jié)課之前，學生應該已經掌握了初中階段的物理知識，包括力學、光學、熱學等基本概念。此外，學生還應該具備一定的數學基礎，如代數、幾何、三角函數等。

2.學生的學習興趣、能力和學習風格：針對本節(jié)課的內容，學生可能對天體物理學、航天技術等領域感興趣。在學習能力方面，學生應具備一定的觀察、實驗、分析問題和解決問題的能力。在學習風格上，學生可能更傾向于通過實踐、討論和合作來學習。

3.學生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：在學習萬有引力定律及引力常量的測定過程中，學生可能遇到以下困難和挑戰(zhàn)：

（1）理解萬有引力定律的抽象概念，如引力、質量、距離等；

（2）掌握引力常量的測定方法和過程，以及相關實驗操作；

（3）將理論知識應用到實際問題中，如天體運動、衛(wèi)星導航等；

（4）解決復雜的數學計算和問題，如引力公式、向心力等；

（5）保持對物理學的學習興趣和積極性，面對枯燥的理論知識能保持熱情。

針對以上困難和挑戰(zhàn)，教師應充分了解學生的實際情況，調整教學策略，引導學生克服困難，提高學習效果。學具準備Xxx課型新授課教法學法講授法課時第一課時師生互動設計二次備課教學方法與策略1.選擇適合教學目標和學習者特點的教學方法：

針對本節(jié)課的教學目標和學習者特點，我將采用以下教學方法：

（1）講授法：在課堂上，我將系統(tǒng)地講解萬有引力定律的定義、表達式、適用范圍和引力常量的測定方法。通過講授，幫助學生建立完整的知識體系。

（2）案例研究：分析實際案例，如地球引力、衛(wèi)星導航等，使學生了解萬有引力定律在實際中的應用，提高學生的學習興趣。

（3）實驗法：組織學生進行萬有引力定律相關實驗，如測定引力常量，讓學生親身體驗科學探究過程，培養(yǎng)學生的實驗操作能力和科學探究精神。

（4）小組討論：引導學生就萬有引力定律的應用、實際問題進行小組討論，促進學生之間的交流與合作，提高學生的團隊協(xié)作能力。

2.設計具體的教學活動：

（1）導入：以地球引力為例，引導學生思考萬有引力現象，激發(fā)學生的學習興趣。

（2）新課講解：詳細講解萬有引力定律的定義、表達式、適用范圍，并通過PPT展示相關圖片和動畫，幫助學生形象地理解。

（3）實驗環(huán)節(jié)：組織學生進行萬有引力定律實驗，如測定引力常量。在實驗過程中，引導學生觀察、記錄數據，并進行數據分析。

（4）案例分析：分析實際案例，如衛(wèi)星導航，讓學生了解萬有引力定律在實際中的應用。

（5）小組討論：讓學生就萬有引力定律的應用和實際問題進行小組討論，引導學生將理論知識運用到實際問題中。

（6）總結與反思：對本節(jié)課所學內容進行總結，強化學生對萬有引力定律的理解和記憶。

3.確定教學媒體和資源的使用：

（1）PPT：制作精美、清晰的PPT，展示萬有引力定律的定義、表達式、適用范圍和相關案例，幫助學生直觀地理解。

（2）視頻：播放有關萬有引力定律的實驗操作、實際應用的視頻，讓學生更直觀地了解實驗過程和應用場景。

（3）在線工具：利用在線工具，如數學計算器、科學實驗模擬軟件等，輔助學生進行數據計算和實驗操作。

（4）教材和課外讀物：引導學生閱讀教材和課外讀物，加深對萬有引力定律及其應用的理解。教學流程一、導入新課（用時5分鐘）

同學們，今天我們將要學習的是《萬有引力定律及其應用》這一章節(jié)。在開始之前，我想先問大家一個問題：“你們在日常生活中是否遇到過物體相互吸引的情況？”（舉例說明）這個問題與我們將要學習的內容密切相關。通過這個問題，我希望能夠引起大家的興趣和好奇心，讓我們一同探索萬有引力的奧秘。

二、新課講授（用時10分鐘）

1.理論介紹：首先，我們要了解萬有引力定律的基本概念。萬有引力定律是描述物體之間相互吸引的力與它們的質量和距離之間的關系。它是物理學中的基本定律之一，對于理解天體運動和地球上的現象具有重要意義。

2.案例分析：接下來，我們來看一個具體的案例。這個案例展示了萬有引力定律在實際中的應用，以及它如何幫助我們解決問題。例如，我們可以通過了解地球和其他天體之間的萬有引力關系，來解釋地球的自轉、公轉以及衛(wèi)星的軌道運動。

3.重點難點解析：在講授過程中，我會特別強調萬有引力定律的數學表達式和適用條件。對于難點部分，我會通過舉例和比較來幫助大家理解。

三、實踐活動（用時10分鐘）

1.分組討論：學生們將分成若干小組，每組討論一個與萬有引力定律相關的實際問題。例如，探討地球對物體產生的引力大小與物體質量和距離的關系。

2.實驗操作：為了加深理解，我們將進行一個簡單的實驗操作。這個操作將演示物體之間萬有引力的基本原理。例如，通過觀察兩個鐵球之間的相互吸引，來驗證萬有引力定律。

3.成果展示：每個小組將向全班展示他們的討論成果和實驗操作的結果。

四、學生小組討論（用時10分鐘）

1.討論主題：學生將圍繞“萬有引力定律在實際生活中的應用”這一主題展開討論。他們將被鼓勵提出自己的觀點和想法，并與其他小組成員進行交流。

2.引導與啟發(fā)：在討論過程中，我將作為一個引導者，幫助學生發(fā)現問題、分析問題并解決問題。我會提出一些開放性的問題來啟發(fā)他們的思考。

3.成果分享：每個小組將選擇一名代表來分享他們的討論成果。這些成果將被記錄在黑板上或投影儀上，以便全班都能看到。

五、總結回顧（用時5分鐘）

今天的學習，我們了解了萬有引力定律的基本概念、重要性和應用。同時，我們也通過實踐活動和小組討論加深了對萬有引力的理解。我希望大家能夠掌握這些知識點，并在日常生活中靈活運用。最后，如果有任何疑問或不明白的地方，請隨時向我提問。教學資源拓展1.拓展資源：

（1）科普讀物：《黑洞與時間彎曲》、《宇宙簡史》等，這些讀物可以幫助學生更好地理解宇宙中的萬有引力現象及其應用。

（2）科普視頻：如BBC的《宇宙之旅》、國家地理的《黑洞：吞噬一切》等，通過視頻的形式，讓學生更直觀地了解萬有引力定律的原理和應用。

（3）在線課程：如Coursera、edX等平臺上的天文學、物理學相關課程，讓學生在課后進行深入學習。

（4）科學實驗軟件：如PhET、QualitativeAnalysis等，學生可以通過這些軟件進行模擬實驗，加深對萬有引力定律的理解。

2.拓展建議：

（1）讓學生課后閱讀科普讀物，并撰寫讀后感，加深對萬有引力定律的理解和興趣。

（2）組織學生觀看科普視頻，并進行觀后討論，分享各自的感悟和理解。

（3）鼓勵學生報名參加在線課程，提高他們對天文學、物理學領域的認識和興趣。

（4）利用科學實驗軟件進行模擬實驗，讓學生在課后進行自主探究，提高他們的實踐能力。

（5）開展課外實踐活動，如觀測星空、制作衛(wèi)星模型等，讓學生將所學知識應用到實際中，提高他們的實踐能力和創(chuàng)新能力。

（6）鼓勵學生參加科學競賽、課題研究等活動，提高他們的科學素養(yǎng)和綜合能力。典型例題講解為了幫助學生更好地理解和掌握萬有引力定律及其應用，我將列舉五個典型的例題進行講解。這些例題將涵蓋不同的題型和知識點，以鞏固學生對萬有引力定律的理解。

例題1：計算兩個物體之間的萬有引力

題目：兩個質量分別為m1和m2的物體，距離為r，求它們之間的萬有引力F。

解答：根據萬有引力定律，兩個物體之間的萬有引力F可以計算如下：

F=G*(m1*m2)/r^2

其中，G為萬有引力常量，其值為6.67430×10^-11N·m^2/kg^2。

將題目中給定的數值代入公式中，得到：

F=6.67430×10^-11*(m1*m2)/r^2

例題2：應用萬有引力定律解釋行星運動

題目：根據萬有引力定律，解釋為什么行星沿橢圓軌道繞太陽運動。

解答：根據開普勒第三定律，行星繞太陽運動的軌道是橢圓形的。萬有引力定律可以解釋這一現象：行星受到太陽的引力作用，向太陽方向加速，但由于它的速度不斷增加，受到向心力的作用，從而沿著橢圓軌道運動。

例題3：計算地球表面物體的重力

題目：一個質量為m的物體在地球表面，求它所受到的重力F。

解答：地球的質量為M，半徑為R。根據萬有引力定律，地球表面物體所受到的重力F可以計算如下：

F=G*(M*m)/R^2

地球的平均半徑約為6371km，地球的質量約為5.972×10^24kg。將數值代入公式中，得到：

F=6.67430×10^-11*(5.972×10^24*m)/(6371×10^3)^2

例題4：計算衛(wèi)星的軌道周期

題目：一顆質量為m的衛(wèi)星，以地球為圓心，距離地心R的軌道上做勻速圓周運動，求它的軌道周期T。

解答：根據牛頓第二定律和萬有引力定律，衛(wèi)星在軌道上的向心力由地球對衛(wèi)星的引力提供。向心力F可以計算如下：

F=m*v^2/R

其中，v為衛(wèi)星在軌道上的速度。根據圓周運動的性質，速度v可以表示為：

v=2*π*R/T

將v的表達式代入向心力的公式中，得到：

F=m*(2*π*R/T)^2/R

根據萬有引力定律，向心力F還可以表示為：

F=G*(M*m)/R^2

將兩個向心力的表達式相等，得到：

m*(2*π*R/T)^2/R=G*(M*m)/R^2

化簡后，得到衛(wèi)星的軌道周期T：

T=2*π*√(R^3/(G*M))

例題5：計算兩個物體碰撞后的速度

題目：兩個質量分別為m1和m2的物體，以速度v1和v2相向而行，碰撞后，求它們碰撞后的速度v。

解答：在碰撞過程中，系統(tǒng)受到外力的作用，因此動量守恒定律不再適用。但是，在碰撞前后，系統(tǒng)受到的總動能保持不變。根據動能守恒定律，可以得到以下方程：

(1/2)*m1*v1^2+(1/2)*m2*v2^2=(1/2)*m1*v^2+(1/2)*m2*v^2

化簡后，得到碰撞后的速度v：

v=√((m1*v1^2+m2*v2^2)/(m1+m2))課堂小結，當堂檢測課堂小結：

1.萬有引力定律：描述了物體之間相互吸引的力與它們的質量和距離之間的關系。萬有引力定律的數學表達式為F=G*(m1*m2)/r^2，其中G為萬有引力常量，m1和m2為兩物體的質量，r為兩物體之間的距離。

2.引力常量的測定：通過實驗測定引力常量G的值，常用的方法有扭秤實驗和天體觀測法。扭秤實驗通過測量扭秤的扭轉角度來求得引力常量G的值；天體觀測法通過觀測天體的運動來求得引力常量G的值。

3.萬有引力定律的應用：萬有引力定律在天體物理學、地球物理學和航天技術等領域有著廣泛的應用。例如，通過了解地球和其他天體之間的萬有引力關系，可以解釋地球的自轉、公轉以及衛(wèi)星的軌道運動。

4.重力：地球表面物體所受到的重力是由地球對物體的萬有引力提供的。重力的計算公式為F=G*(M*m)/R^2，其中M為地球的質量，m為物體的質量，R為地球的半徑。

5.衛(wèi)星軌道周期：衛(wèi)星在軌道上的向心力由地球對衛(wèi)星的引力提供。軌道周期T的計算公式為T=2*π*√(R^3/(G*M))，其中R為衛(wèi)星的軌道半徑，M為地球的質量。

當堂檢測：

1.計算兩個物體之間的萬有引力。已知物體A的質量為m1=10kg，物體B的質量為m2=5kg，它們之間的距離為r=10m。求它們之間的萬有引力F。

答案：F=6.67430×10^-11*(10kg*5kg)/(10m)^2=3.33715×10^-10N。

2.解釋行星沿橢圓軌道繞太陽運動的原因。

答案：行星沿橢圓軌道繞太陽運動的原因是萬有引力定律。根據萬有引力定律，行星受到太陽的引力作用，向太陽方向加速，但由于它的速度不斷增加，受到向心力的作用，從而沿著橢圓軌道運動。

3.計算地球表面物體的重力。已知物體的質量為m=2kg，地球的平均半徑為R=6371km。求物體所受到的重力F。

答案：F=6.67430×10^-11*(5.972×10^24kg*2kg)/(6371×10^3km)^2=9.8066m/s^2。

4.計算衛(wèi)星的軌道周期。已知衛(wèi)星的質量為m=1000kg，軌道半徑為R=6666km。求衛(wèi)星的軌道周期T。

答案：T=2*π*√(6666km^3/(6.67430×10^-11N·m^2/kg^2*5.972×10^24kg))=24小時。

5.計算兩個物體碰撞后的速度。已知物體A的質量為m1=1kg，速度為v1=10m/s；物體B的質量為m2=2kg，速度為v2=5m/s。求物體碰撞后的速度v。

答案：v=√((1kg*10m/s^2+2kg*5m/s^2)/(1kg+2kg))=7.07m/s。板書設計①重點知識點：萬有引力定律、引力常量的測定、重力、衛(wèi)星軌道周期、碰撞后速度的計算。

②關鍵詞語：物體、質量、距離、萬有引力、引力常量、重力、衛(wèi)星、軌道周期、碰撞、速度。

③句子：物體之間相互吸引的力與它們的質量和距離之間存在關系，稱為萬有引力定律；通過實驗測定引力常量，了解行星運動和衛(wèi)星軌道；地球表面物體所受到的重力是由地球對物體的萬有引力提供的；衛(wèi)星在軌道上的向心力由地球對衛(wèi)星的引力提供，計算衛(wèi)星的軌道周期；碰撞前后系統(tǒng)受到的總動能保持不變，計算碰撞后的速度。

藝術性和趣味性：

①利用圖表和圖形展示萬有引力定律和引力常量的測定過程，使學生更直觀地理解這些概念。

②在黑板上畫出一個簡單的衛(wèi)星軌道模型，讓學生通過觀察和討論來加深對衛(wèi)星軌道周期的理解。

③通過繪制一個碰撞場景，展示碰撞前后物體的運動狀態(tài)，讓學生更直觀地理解碰撞后速度的計算過程。

④在板書中加入