2024-2025學年新教材高中物理 第七章 3 萬有引力理論的成就（1）教學實錄 新人教版必修2

2024-2025學年新教材高中物理第七章3萬有引力理論的成就（1）教學實錄新人教版必修2學校授課教師課時授課班級授課地點教具教材分析2024-2025學年新教材高中物理第七章“萬有引力理論的成就（1）”主要介紹了牛頓萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)及其在歷史上的重要地位。教材通過實例分析、數(shù)學推導和科學史回顧，引導學生理解萬有引力定律的基本原理，并初步掌握其應用方法。本章節(jié)內(nèi)容與課本緊密關(guān)聯(lián)，符合教學實際，旨在培養(yǎng)學生的科學探究能力和邏輯思維能力。核心素養(yǎng)目標分析本節(jié)課旨在培養(yǎng)學生的科學探究能力、邏輯推理能力和科學態(tài)度與責任。通過分析萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程，學生將學會如何運用科學方法進行探究，如何從實驗現(xiàn)象中提煉出科學規(guī)律，并理解科學理論在歷史發(fā)展中的重要作用。此外，課程還將引導學生樹立正確的科學價值觀，增強對自然規(guī)律探索的興趣和責任感。教學難點與重點1.教學重點

-明確萬有引力定律的基本內(nèi)容：教師需強調(diào)萬有引力定律的公式\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)，其中\(zhòng)(F\)是引力，\(G\)是引力常數(shù)，\(m_1\)和\(m_2\)是兩物體的質(zhì)量，\(r\)是兩物體間的距離。重點講解引力常數(shù)的測量方法和歷史背景。

-掌握萬有引力定律的應用：通過實例，如地球?qū)υ虑虻囊?、地球?qū)ξ矬w的重力等，讓學生理解萬有引力定律在日常生活中的應用。

2.教學難點

-理解萬有引力定律的適用范圍：學生可能難以理解萬有引力定律在極端條件下（如極高速度或強引力場）的適用性，需要通過對比牛頓力學和相對論力學的適用范圍來幫助學生理解。

-推導萬有引力定律：從開普勒定律出發(fā)，推導出萬有引力定律的過程對學生來說可能較為抽象，需要通過詳細的數(shù)學推導和物理意義解釋來幫助學生突破這一難點。

-識別萬有引力與日?，F(xiàn)象的關(guān)系：學生可能難以將抽象的萬有引力概念與日常生活中的具體現(xiàn)象聯(lián)系起來，例如，如何解釋為什么地球上的物體都有重量，需要通過實際案例和實驗來幫助學生建立聯(lián)系。教學資源準備1.教材：確保每位學生擁有《高中物理》必修2教材，以便于跟隨課堂內(nèi)容進行學習。

2.輔助材料：準備與萬有引力定律相關(guān)的圖片、圖表和視頻，如地球與月球互動的動畫、引力常數(shù)G的測量實驗視頻等，以增強學生的直觀理解。

3.實驗器材：準備天平、彈簧秤等實驗器材，用于演示重力與距離的關(guān)系，幫助學生直觀感受萬有引力定律。

4.教室布置：設置分組討論區(qū)，方便學生進行小組討論和實驗操作；確保實驗操作臺的安全性和整潔性。教學過程1.導入（約5分鐘）

-激發(fā)興趣：教師通過提問“為什么蘋果會從樹上落下而不是飛向天空？”來引起學生的興趣，引導學生思考重力的存在。

-回顧舊知：簡要回顧牛頓第一定律和第二定律，強調(diào)力與運動的關(guān)系，為萬有引力定律的學習做鋪墊。

2.新課呈現(xiàn)（約30分鐘）

-講解新知：教師詳細講解萬有引力定律的基本內(nèi)容，包括引力公式、引力常數(shù)G的意義及其測量方法。

-舉例說明：通過地球與月球、地球與太陽之間的引力作用，以及衛(wèi)星繞地球運動等實例，幫助學生理解萬有引力定律的應用。

-互動探究：分組討論萬有引力定律在不同情境下的應用，如行星運動、衛(wèi)星通信等，鼓勵學生提出問題并嘗試解決。

3.演示實驗（約10分鐘）

-實驗準備：教師演示如何使用天平和彈簧秤測量物體的重力，并引導學生觀察重力與物體質(zhì)量的關(guān)系。

-實驗操作：學生分組進行實驗，測量不同質(zhì)量物體的重力，記錄實驗數(shù)據(jù)，并與萬有引力定律進行對比分析。

-實驗總結(jié)：教師引導學生總結(jié)實驗結(jié)果，強調(diào)重力與距離的關(guān)系，以及萬有引力定律的普適性。

4.數(shù)學推導（約15分鐘）

-教師講解萬有引力定律的數(shù)學推導過程，從開普勒定律出發(fā)，逐步推導出萬有引力定律的公式。

-學生跟隨教師進行推導，理解推導過程中的每一步，并嘗試獨立完成類似推導。

5.案例分析（約15分鐘）

-教師提供幾個與萬有引力定律相關(guān)的實際案例，如地球?qū)πl(wèi)星的引力、地球自轉(zhuǎn)等，讓學生分析這些現(xiàn)象背后的物理原理。

-學生分組討論，提出自己的見解，并分享給全班同學。

6.鞏固練習（約20分鐘）

-學生活動：教師布置幾道練習題，包括選擇題、填空題和計算題，讓學生在課堂上完成。

-教師指導：學生完成練習題后，教師進行講解，指出學生的錯誤和不足，并給予糾正。

7.總結(jié)與反思（約5分鐘）

-教師總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容和重點，強調(diào)萬有引力定律的重要性。

-學生反思：引導學生思考萬有引力定律在日常生活中的應用，以及科學探究的意義。

8.布置作業(yè)（約5分鐘）

-教師布置課后作業(yè)，包括閱讀教材相關(guān)章節(jié)、完成課后習題，并鼓勵學生進行拓展學習，如查找有關(guān)引力常數(shù)G的更多資料。知識點梳理1.萬有引力定律的基本內(nèi)容

-引力公式：\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)

-引力常數(shù)G：引力常數(shù)的值約為\(6.674\times10^{-11}\,\text{N}\cdot\text{m}^2/\text{kg}^2\)

-引力的性質(zhì)：引力是作用在兩個質(zhì)量之間的力，其大小與兩質(zhì)量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比。

2.萬有引力定律的應用

-地球?qū)υ虑虻囊Γ航忉屧虑蚶@地球運動的向心力來源。

-地球?qū)ξ矬w的重力：解釋地球上物體受重力作用的現(xiàn)象。

-衛(wèi)星繞地球運動：推導衛(wèi)星的軌道速度和周期與軌道半徑的關(guān)系。

3.引力常數(shù)的測量

-卡文迪許實驗：介紹卡文迪許實驗及其對引力常數(shù)G的測量。

-現(xiàn)代測量方法：討論現(xiàn)代科學中引力常數(shù)G的測量方法。

4.萬有引力定律的歷史背景

-開普勒定律：介紹開普勒三定律及其在萬有引力定律發(fā)現(xiàn)過程中的作用。

-牛頓的工作：回顧牛頓如何從開普勒定律推導出萬有引力定律。

5.萬有引力定律的數(shù)學推導

-開普勒第三定律：推導衛(wèi)星軌道周期的公式。

-牛頓第二定律：從牛頓第二定律推導出引力公式。

-球?qū)ΨQ體的引力：推導球?qū)ΨQ體上的引力分布。

6.萬有引力定律與相對論

-牛頓引力與廣義相對論：比較牛頓引力與廣義相對論對引力的描述。

-彎曲時空：解釋廣義相對論中的時空彎曲現(xiàn)象。

7.萬有引力定律在科技中的應用

-地球衛(wèi)星定位系統(tǒng)：討論GPS系統(tǒng)中萬有引力定律的應用。

-天體物理學：介紹萬有引力定律在天體物理學研究中的作用。

8.課堂實驗與練習

-重力測量實驗：描述如何通過實驗測量重力。

-習題解答：提供與萬有引力定律相關(guān)的習題，如計算不同質(zhì)量物體的引力。作業(yè)布置與反饋作業(yè)布置：

1.閱讀教材第七章“萬有引力理論的成就（1）”的相關(guān)內(nèi)容，重點理解牛頓萬有引力定律的公式及其推導過程。

2.完成課后習題，包括選擇題、填空題和計算題，如計算兩個物體之間的引力大小、推導衛(wèi)星的軌道周期等。

3.選擇一個與萬有引力定律相關(guān)的實際案例，如地球?qū)υ虑虻囊?、地球的自轉(zhuǎn)等，分析其背后的物理原理，并撰寫一篇短文。

4.查找關(guān)于引力常數(shù)G的資料，了解其歷史測量方法和現(xiàn)代測量技術(shù)，并撰寫簡要報告。

作業(yè)反饋：

1.及時批改學生的作業(yè)，確保每位學生都能收到反饋。

2.對選擇題和填空題的正確率進行統(tǒng)計，分析學生在哪些知識點上存在普遍錯誤，并在課堂上進行針對性的講解。

3.對計算題進行詳細批改，檢查學生的計算過程和結(jié)果，指出錯誤的原因，如公式應用錯誤、計算錯誤等。

4.對短文和報告進行評估，關(guān)注學生的分析能力和表達能力，給予積極的評價和改進建議。

5.針對學生的個體差異，提供個性化的反饋。對于基礎薄弱的學生，重點指出其知識掌握上的不足，并提供相應的輔導；對于學有余力的學生，鼓勵其進行更深入的研究和探索。

6.通過課堂提問和小組討論，了解學生對作業(yè)內(nèi)容的理解和掌握情況，及時發(fā)現(xiàn)并解決學生在學習過程中遇到的問題。

7.鼓勵學生之間互相學習和交流，通過批改同學的作業(yè)，互相學習，共同進步。

8.定期與家長溝通，反饋學生的學習情況，共同關(guān)注學生的學習進步和成長。典型例題講解例題1：地球表面上的重力加速度為\(g\)，一個物體在地球表面的質(zhì)量為\(m\)，求該物體在地球表面的重力\(F\)。

解答：

根據(jù)萬有引力定律，物體在地球表面的重力\(F\)可以用以下公式計算：

\[F=G\frac{mM}{R^2}\]

其中，\(G\)是萬有引力常數(shù)，\(M\)是地球的質(zhì)量，\(R\)是地球的半徑。已知地球表面的重力加速度\(g\)可以表示為：

\[g=G\frac{M}{R^2}\]

因此，重力\(F\)可以簡化為：

\[F=mg\]

例題2：兩個質(zhì)量分別為\(m_1\)和\(m_2\)的物體相距\(r\)，求它們之間的引力\(F\)。

解答：

根據(jù)萬有引力定律，兩個物體之間的引力\(F\)可以用以下公式計算：

\[F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\]

其中，\(G\)是萬有引力常數(shù)，\(m_1\)和\(m_2\)是兩個物體的質(zhì)量，\(r\)是它們之間的距離。

例題3：地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為\(R\)，地球的質(zhì)量為\(M\)，衛(wèi)星的質(zhì)量為\(m\)，求衛(wèi)星在軌道上的向心加速度\(a\)。

解答：

衛(wèi)星在軌道上受到的向心力由地球的引力提供，因此有：

\[G\frac{Mm}{R^2}=ma\]

解得向心加速度\(a\)為：

\[a=G\frac{M}{R^2}\]

這與地球表面的重力加速度\(g\)的表達式相同，因此衛(wèi)星在軌道上的向心加速度等于\(g\)。

例題4：地球半徑為\(R\)，地球表面的重力加速度為\(g\)，求地球的密度\(\rho\)。

解答：

地球的體積\(V\)可以表示為：

\[V=\frac{4}{3}\piR^3\]

地球的質(zhì)量\(M\)可以通過地球表面的重力加速度\(g\)和地球半徑\(R\)計算得到：

\[M=\frac{gR^2}{G}\]

因此，地球的密度\(\rho\)為：

\[\rho=\frac{M}{V}=\frac{gR^2}{G\frac{4}{3}\piR^3}=\frac{3g}{4\piGR}\]

例題5：一個質(zhì)量為\(m\)的物體被拋向空中，其初始速度為\(v_0\)，求物體上升到最高點時的速度\(v\)。

解答：

物體上升到最高點時，其垂直方向的速度為零。由于只有重力作用于物體，可以使用能量守恒定律來計算：

\[\frac{1}{2}mv_0^2=\frac{1}{2}mv^2+mgh\]

其中\(zhòng)(h\)是物體上升的高度。在最高點，\(h\)可以表示為\(\frac{v_0^2}{2g}\)，因此：

\[v_0^2=v^2+2g\frac{v_0^2}{2g}\]

\[v^2=v_0^2-v_0^2=0\]

所以，物體上升到最高點時的速度\(v\)為零。板書設計1.萬有引力定律

①引力公式：\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)

②引力常數(shù)：\(G\approx6.674\times10^{-11}\,\text{N}\cdot\text{m}^2/\text{kg}^2\)

③引力性質(zhì)：大小與兩質(zhì)量乘積成正比，與距離平方成反比

2.引力常數(shù)的測量

①卡文迪許實驗：通過扭秤實驗測量引力常數(shù)G

②現(xiàn)代測量方法：利用激光干涉儀等高精度儀器測量G

3.萬有引力定律的應用

①地球?qū)υ虑虻囊Γ航忉屧虑蚶@地球運動的向心力

②地球?qū)ξ矬w的重力：解釋地球表面物體的重量

4.數(shù)學推導

①開普勒第三定律：行星軌道周期的平方與半長軸的立方成正比

②牛頓第二定律：力等于質(zhì)量乘以加速度

③萬有引力定律推導：從開普勒定律和牛頓第二定律推導出引力公式

5.實驗與觀察

①重力測量實驗：使用天平和彈簧秤測量物體重力

②衛(wèi)星軌道實驗：觀察衛(wèi)星的運動軌跡，驗證萬有引力定律

6.科學史

①開普勒定律：行星運動規(guī)律

②牛頓萬有引力定律：揭示宇宙中物體相互作用的普遍規(guī)律

7.綜合應用

①地球衛(wèi)星定位系統(tǒng)：利用萬有引力定律實現(xiàn)精確定位

②天體物理學：研究宇宙中物體的運動和相互作用教學反思與改進十、教學反思與改進

在教學過程中，我深刻地意識到教學反思對于提高教學效果的重要性。以下是我對本次教學的反思以及未來改進的計劃。

首先，我發(fā)現(xiàn)學生對萬有引力定律的理解存在一些難點。在講解引力公式時，部分學生對于公式中的各個物理量的含義和單位感到困惑。為了解決這個問題，我計劃在未來的教學中，通過更直觀的物理實驗和實例來幫助學生