2024-2025學年高中物理 第七章 萬有引力與宇宙航行 第二節(jié) 萬有引力定律教學實錄 新人教版必修第二冊

2024-2025學年高中物理第七章萬有引力與宇宙航行第二節(jié)萬有引力定律教學實錄新人教版必修第二冊課題：科目：班級：課時：計劃1課時教師：單位：一、教學內(nèi)容新教材必修第二冊第七章第二節(jié)，主要內(nèi)容包括萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程、萬有引力定律的表述、萬有引力常數(shù)的測量方法以及萬有引力定律的應用。具體涉及牛頓的萬有引力定律、萬有引力公式、萬有引力常數(shù)的測定等知識點。二、核心素養(yǎng)目標培養(yǎng)學生科學探究能力，通過實驗探究萬有引力定律；提高邏輯思維能力，理解萬有引力定律的普適性和應用價值；增強科學態(tài)度與責任，認識到物理學在宇宙航行中的重要意義。三、教學難點與重點1.教學重點，

①理解萬有引力定律的表述，掌握其數(shù)學形式；

②掌握萬有引力常數(shù)的概念及其測量方法；

③能夠應用萬有引力定律解決實際問題，如衛(wèi)星軌道計算。

2.教學難點，

①理解萬有引力定律的普適性和適用條件；

②分析引力場的性質(zhì)，包括引力場的矢量和標量場的特點；

③理解萬有引力定律與牛頓第三定律的關(guān)系，以及萬有引力定律在相對論框架下的修正。四、教學資源-軟硬件資源：多媒體教學設(shè)備（投影儀、電腦）、物理實驗器材（天平、測力計、小球等）

-課程平臺：學校網(wǎng)絡(luò)教學平臺

-信息化資源：萬有引力定律相關(guān)視頻資料、在線物理實驗模擬軟件

-教學手段：課堂講授、小組討論、實驗演示、問題解答五、教學流程1.導入新課

-詳細內(nèi)容：首先，通過播放一段關(guān)于宇宙航行的視頻，激發(fā)學生的興趣和好奇心。然后，提問學生：宇宙中星體之間的運動規(guī)律是什么？引導學生思考引力的概念。接著，介紹牛頓的萬有引力定律，簡要說明其歷史背景和科學意義。最后，明確本節(jié)課的學習目標，即理解萬有引力定律的表述、掌握其應用。

用時：5分鐘

2.新課講授

-詳細內(nèi)容：

①講解萬有引力定律的表述，通過公式F=G*m1*m2/r^2，解釋引力的大小與距離平方成反比，與兩物體質(zhì)量的乘積成正比。

②分析萬有引力常數(shù)的概念，介紹其測量方法，如卡文迪許實驗。

③通過實例講解萬有引力定律的應用，如地球繞太陽的運動、衛(wèi)星軌道計算等。

用時：10分鐘

3.實踐活動

-詳細內(nèi)容：

①學生分組進行實驗，利用天平和測力計測量不同質(zhì)量的物體之間的引力，驗證萬有引力定律。

②學生利用在線物理實驗模擬軟件，模擬衛(wèi)星軌道，觀察引力對衛(wèi)星運動的影響。

③學生分組討論，分析地球繞太陽運動時，太陽對地球的引力與地球?qū)μ柕囊χg的關(guān)系。

用時：15分鐘

4.學生小組討論

-3方面內(nèi)容舉例回答：

①關(guān)于萬有引力定律的普適性，學生討論并回答：萬有引力定律適用于所有天體之間的引力作用，不受物體大小和形狀的影響。

②關(guān)于引力場的性質(zhì)，學生討論并回答：引力場是一個矢量場，其方向指向負質(zhì)量，大小與質(zhì)量成正比。

③關(guān)于萬有引力定律與牛頓第三定律的關(guān)系，學生討論并回答：萬有引力定律與牛頓第三定律相輔相成，表明了作用力和反作用力的關(guān)系。

用時：10分鐘

5.總結(jié)回顧

-內(nèi)容：首先，回顧本節(jié)課所學的萬有引力定律、萬有引力常數(shù)、引力場的性質(zhì)等內(nèi)容。然后，強調(diào)萬有引力定律在宇宙航行中的重要性，并舉例說明其在實際應用中的價值。最后，布置課后作業(yè)，要求學生完成相關(guān)習題，鞏固所學知識。

用時：5分鐘

總計用時：45分鐘六、學生學習效果學生學習效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.理解能力提升：

學生通過學習萬有引力定律，能夠理解天體之間的引力作用規(guī)律，掌握引力的大小與距離平方成反比、與質(zhì)量乘積成正比的關(guān)系。學生能夠運用萬有引力定律解釋和預測天體的運動軌跡，如地球繞太陽的橢圓軌道、月球繞地球的運動等。

2.應用能力增強：

學生能夠?qū)⑷f有引力定律應用于實際問題解決，例如計算衛(wèi)星的軌道速度、周期和高度，理解并應用開普勒定律。通過實踐活動，學生能夠?qū)嶋H測量引力并驗證定律的正確性，提高實際問題解決能力。

3.探究能力培養(yǎng)：

學生通過實驗探究萬有引力定律，學會了設(shè)計實驗、收集數(shù)據(jù)、分析結(jié)果和得出結(jié)論的方法。這種科學探究能力對于學生后續(xù)學習其他物理定律和科學理論具有重要意義。

4.思維能力發(fā)展：

學生在學習萬有引力定律的過程中，鍛煉了邏輯思維和抽象思維能力。理解引力場的概念和性質(zhì)，需要學生能夠從矢量場和標量場的角度思考問題，這對于培養(yǎng)學生的科學思維具有積極作用。

5.科學態(tài)度與價值觀：

學生通過學習萬有引力定律，認識到物理學在解釋自然現(xiàn)象和推動科技進步中的重要作用。這有助于學生形成科學的態(tài)度和價值觀，樹立對科學的尊重和追求。

6.團隊協(xié)作能力：

在小組討論和實踐活動過程中，學生需要與同伴合作，共同完成任務。這有助于學生學會溝通、協(xié)調(diào)和分工合作，提高團隊協(xié)作能力。

7.信息技術(shù)應用能力：

學生在利用在線物理實驗模擬軟件進行實驗時，學會了使用信息技術(shù)工具進行科學探究。這有助于學生適應信息時代的學習方式，提高信息技術(shù)應用能力。

-理解并掌握了萬有引力定律的基本概念和公式；

-能夠?qū)⑷f有引力定律應用于實際問題解決；

-培養(yǎng)了科學探究能力和實驗技能；

-提升了邏輯思維和抽象思維能力；

-形成了科學的態(tài)度和價值觀；

-增強了團隊協(xié)作能力和信息技術(shù)應用能力。七、典型例題講解1.例題一：地球表面重力加速度的計算

已知地球的半徑為R=6.4×10^6m，地球的質(zhì)量為M=5.98×10^24kg，萬有引力常數(shù)為G=6.67×10^-11N·m^2/kg^2。求地球表面的重力加速度g。

解答：根據(jù)萬有引力定律，地球表面的重力加速度g可以通過以下公式計算：

g=G*M/R^2

代入已知數(shù)值：

g=(6.67×10^-11N·m^2/kg^2)*(5.98×10^24kg)/(6.4×10^6m)^2

g≈9.81m/s^2

2.例題二：雙星系統(tǒng)的周期計算

一對雙星，質(zhì)量分別為m1和m2，距離為L。已知雙星的總質(zhì)量M=m1+m2，求雙星系統(tǒng)的軌道周期T。

解答：雙星系統(tǒng)中的萬有引力提供向心力，可以列出以下等式：

G*m1*m2/L^2=m1*v^2/r1=m2*v^2/r2

由于雙星在軌道上做勻速圓周運動，所以軌道周期T與軌道半徑r和線速度v有關(guān)：

T=2πr/v

結(jié)合以上關(guān)系，可以推導出雙星系統(tǒng)的軌道周期T：

T=2π*√(L^3/(G*M))

3.例題三：衛(wèi)星軌道高度的計算

一顆衛(wèi)星繞地球做圓形軌道運動，軌道半徑為r，地球的質(zhì)量為M，衛(wèi)星的質(zhì)量為m。已知衛(wèi)星的軌道周期為T，求衛(wèi)星的軌道高度h。

解答：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，萬有引力提供向心力，可以列出以下等式：

G*M*m/r^2=m*v^2/r

衛(wèi)星的軌道周期T與軌道半徑r和線速度v有關(guān)：

T=2πr/v

結(jié)合以上關(guān)系，可以推導出衛(wèi)星的軌道高度h：

h=√(r^3/(G*M))-r

4.例題四：地球?qū)πl(wèi)星的引力計算

一顆衛(wèi)星繞地球做橢圓軌道運動，地球的質(zhì)量為M，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，衛(wèi)星與地球的距離為r。求地球?qū)πl(wèi)星的引力F。

解答：地球?qū)πl(wèi)星的引力F可以通過萬有引力定律計算：

F=G*M*m/r^2

5.例題五：月球?qū)Φ厍虻囊τ嬎?/p>

月球的質(zhì)量為m1，地球的質(zhì)量為m2，月球與地球的距離為r。求月球?qū)Φ厍虻囊。

解答：月球?qū)Φ厍虻囊可以通過萬有引力定律計算：

F=G*m1*m2/r^2

注意：以上例題中的r表示衛(wèi)星或月球與地球中心的距離，而非衛(wèi)星或月球表面的距離。在實際計算中，需要根據(jù)具體情況確定r的值。八、內(nèi)容邏輯關(guān)系1.萬有引力定律的表述

①重點知識點：萬有引力定律公式F=G*m1*m2/r^2

②重點詞句：引力大小與距離平方成反比，與兩物體質(zhì)量乘積成正比

2.萬有引力常數(shù)的概念

①重點知識點：萬有引力常數(shù)G的數(shù)值和單位

②重點詞句：G=6.67×10^-11N·m^2/kg^2

3.引力場的性質(zhì)

①重點知識點：引力場是矢量場，方向指向負質(zhì)量，大小與質(zhì)量成正比

②重點詞句：引力場強度E=G*M/r^2

4.萬有引力定律的應用

①重點知識點：萬有引力定律在衛(wèi)星軌道計算中的應用

②重點詞句：衛(wèi)星軌道速度v=√(G*M/r)

5.萬有引力定律的歷史背景

①重點知識點：牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的歷史背景

②重點詞句：牛頓的蘋果樹故事，萬有引力定律的提出

6.萬有引力定律與牛頓第三定律的關(guān)系

①重點知識點：萬有引力定律與牛頓第三定律的內(nèi)在聯(lián)系

②重點詞句：作用力與反作用力相等、方向相反

7.萬有引力定律在相對論框架下的修正

①重點知識點：廣義相對論對萬有引力定律的修正

②重點詞句：引力場彎曲時空，引力波的概念反思改進措施反思改進措施（一）教學特色創(chuàng)新

1.創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣

在導入新課時，我嘗試通過播放與萬有引力定律相關(guān)的視頻，將學生的注意力吸引到宇宙航行的奇妙世界，激發(fā)他們對物理學科的興趣。同時，結(jié)合歷史故事，如牛頓的蘋果樹，讓學生感受到科學發(fā)現(xiàn)的魅力。

2.實驗探究，提升能力

在實踐活動中，我鼓勵學生分組進行實驗，通過親自操作和觀察，驗證萬有引力定律的正確性。這種實驗探究的方式不僅能夠幫助學生理解抽象的物理概念，還能提高他們的動手能力和科學探究能力。

反思改進措施（二）存在主要問題

1.教學深度不足

在講解萬有引力定律時，我發(fā)現(xiàn)部分學生對引力場的概念理解不夠深入，對于引力場與電場、磁場的關(guān)系把握不準。這說明我在教學過程中對知識點的深度挖掘還不夠，需要進一步加強。

2.學生參與度不高

在小組討論環(huán)節(jié)，我發(fā)現(xiàn)有些學生參與度不高，討論氣氛不夠熱烈。這可能是因為我對討論環(huán)節(jié)的引導和激勵不夠，需要我在今后的教學中更加注重激發(fā)學生的主動性和參與感。

3.評價方式單一

目前，我的評價方式主要依賴于課堂表現(xiàn)和作業(yè)完成情況，缺乏對學生實際應用能力的評價。為了更全面地了解學生的學習效果，我需要引入多元化的評價方式。

反思改進措施（三）改進措施

1.深化教學內(nèi)容，拓展知識面

在今后的教學中，我將更加注重對引力場概念的解釋和拓展，通過引入更多的實例和類比，幫助學生更好地理解引力場的性質(zhì)。同時，結(jié)合電磁場和磁場的知識，讓學生建立起物理知識之間的聯(lián)系。

2.提高學生參與度，活躍課堂氛圍

為了提高學生的參與度，我將設(shè)計更多互動環(huán)節(jié)，如小組競賽、角色扮演等，讓學生在輕松愉快的氛圍中學習。此外，我還將加強對學生的個別指導，確保每個學生都能參與到課堂活動中來。

3.多元化評價方式，全面了解學生

為了更全面地評價學生的學習效果，我將引入實驗報告、項目展示、口頭報告等多種評價方式，關(guān)注學生的實際應用能力和創(chuàng)新思維。同時，我將與家長保持溝通，共同關(guān)注學生的成長和發(fā)展。課堂小結(jié)，當堂檢測課堂小結(jié)：

今天我們學習了萬有引力定律，這是一個非常重要的物理定律，它揭示了天體之間引力的基本規(guī)律。通過這節(jié)課的學習，我們了解到：

1.萬有引力定律的表述：兩個物體之間的引力大小與它們的質(zhì)量乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比。

2.萬有引力常數(shù)的概念和測量方法：萬有引力常數(shù)G是一個物理常數(shù)，其數(shù)值約為6.67×10^-11N·m^2/kg^2。我們可以通過實驗測量萬有引力常數(shù)，如卡文迪許實驗。

3.引力場的性質(zhì)：引力場是一個矢量場，其方向指向負質(zhì)量，大小與質(zhì)量成正比。

4.萬有引力定律的應用：我們可以用萬有引力定律來計算天體的軌道速度、周期、高度等，以及解釋和預測天體的運動軌跡。

當堂檢測：

1.請寫出萬有引力定律的數(shù)學表達式。

答案：F=G*m1*m2/r^2

2.地球的質(zhì)量為5.98×10^24kg，地球半徑為6.4×10^6m，求地球表面的重力加速度g。

答案：g=9.81m/s^2

3.一顆衛(wèi)星繞地球做圓形軌道運動，軌道半徑為r=7.5×10^6m，地球的質(zhì)量為M=5.98×10^24kg。求衛(wèi)星的軌道周