2024-2025學(xué)年新教材高中物理 第七章 萬有引力與宇宙航行 3 萬有引力理論的成就教學(xué)實(shí)錄 新人教版必修2

2024-2025學(xué)年新教材高中物理第七章萬有引力與宇宙航行3萬有引力理論的成就教學(xué)實(shí)錄新人教版必修2主備人備課成員課程基本信息1.課程名稱：萬有引力與宇宙航行

2.教學(xué)年級(jí)和班級(jí)：高中二年級(jí)

3.授課時(shí)間：2024年9月20日星期四第2節(jié)課

4.教學(xué)時(shí)數(shù)：1課時(shí)核心素養(yǎng)目標(biāo)分析本節(jié)課旨在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神、科學(xué)思維能力和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。學(xué)生將通過探究萬有引力定律的歷史背景和科學(xué)方法，提升對(duì)科學(xué)規(guī)律的認(rèn)知和理解，培養(yǎng)運(yùn)用數(shù)學(xué)工具解決物理問題的能力，同時(shí)增強(qiáng)對(duì)宇宙探索的興趣和責(zé)任感。重點(diǎn)難點(diǎn)及解決辦法重點(diǎn)：

1.萬有引力定律的內(nèi)容和意義

解決辦法：通過實(shí)驗(yàn)演示和數(shù)學(xué)推導(dǎo)，讓學(xué)生直觀理解定律的內(nèi)涵和宇宙尺度的應(yīng)用。

難點(diǎn)：

1.引力常數(shù)的測定與萬有引力定律的驗(yàn)證

解決辦法：結(jié)合歷史案例，展示科學(xué)家如何通過實(shí)驗(yàn)測定引力常數(shù)，并引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則和方法。

2.萬有引力定律在航天中的應(yīng)用

解決辦法：通過實(shí)例分析，如人造衛(wèi)星軌道計(jì)算，讓學(xué)生理解定律在實(shí)際問題中的具體應(yīng)用，并培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力。學(xué)具準(zhǔn)備Xxx課型新授課教法學(xué)法講授法課時(shí)第一課時(shí)師生互動(dòng)設(shè)計(jì)二次備課教學(xué)方法與手段教學(xué)方法：

1.講授法：系統(tǒng)講解萬有引力定律的物理意義和科學(xué)史，幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)框架。

2.討論法：組織學(xué)生圍繞引力常數(shù)的測定方法進(jìn)行討論，培養(yǎng)批判性思維。

3.實(shí)驗(yàn)法：通過模擬實(shí)驗(yàn)展示萬有引力的作用，加深學(xué)生對(duì)定律的理解。

教學(xué)手段：

1.多媒體演示：使用視頻和動(dòng)畫展示宇宙航行實(shí)例，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.虛擬實(shí)驗(yàn)軟件：利用教學(xué)軟件進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和空間想象能力。

3.網(wǎng)絡(luò)資源：整合網(wǎng)絡(luò)資源，如在線課程和科普文章，拓展學(xué)生的知識(shí)面。教學(xué)流程1.導(dǎo)入新課（用時(shí)5分鐘）

-展示宇宙圖片，引導(dǎo)學(xué)生思考宇宙中的物體是如何相互作用的。

-提問：你們知道地球上的物體為什么會(huì)受到重力作用嗎？這背后的原理是什么？

-引出牛頓的萬有引力定律，介紹其發(fā)現(xiàn)背景和重要意義。

2.新課講授（用時(shí)15分鐘）

-第一部分：牛頓的萬有引力定律

-講解萬有引力定律的基本內(nèi)容，包括引力公式和適用范圍。

-通過實(shí)例分析，如地球?qū)υ虑虻囊?，幫助學(xué)生理解定律的應(yīng)用。

-展示牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的過程，強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究的重要性。

-第二部分：引力常數(shù)的測定

-介紹卡文迪許實(shí)驗(yàn)，講解如何測定引力常數(shù)。

-分析實(shí)驗(yàn)原理和步驟，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。

-討論實(shí)驗(yàn)誤差的來源和減小誤差的方法。

-第三部分：萬有引力定律在航天中的應(yīng)用

-以人造衛(wèi)星為例，講解萬有引力定律在航天技術(shù)中的應(yīng)用。

-講解衛(wèi)星軌道計(jì)算的基本原理和方法。

-分析衛(wèi)星發(fā)射和運(yùn)行過程中的實(shí)際問題，如軌道調(diào)整和燃料消耗。

3.實(shí)踐活動(dòng)（用時(shí)10分鐘）

-第一項(xiàng)：模擬實(shí)驗(yàn)

-學(xué)生分組進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，觀察不同質(zhì)量的物體在相同距離下的引力作用。

-討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析影響引力的因素。

-第二項(xiàng)：計(jì)算練習(xí)

-學(xué)生獨(dú)立完成萬有引力定律的應(yīng)用計(jì)算題，如計(jì)算兩顆行星之間的引力。

-教師巡視指導(dǎo)，解答學(xué)生的疑問。

-第三項(xiàng)：小組討論

-學(xué)生分組討論萬有引力定律在生活中的應(yīng)用，如天氣預(yù)報(bào)、地質(zhì)勘探等。

4.學(xué)生小組討論（用時(shí)10分鐘）

-第一方面：引力常數(shù)的測定

-學(xué)生討論如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來測定引力常數(shù)，提出可能的實(shí)驗(yàn)方案。

-舉例回答：如何通過改變物體質(zhì)量和距離來測量引力，如何減小實(shí)驗(yàn)誤差。

-第二方面：萬有引力定律的適用范圍

-學(xué)生討論萬有引力定律在不同情境下的適用性。

-舉例回答：在地球表面和太空中，萬有引力定律是否適用，為什么。

-第三方面：萬有引力定律的歷史意義

-學(xué)生討論萬有引力定律對(duì)科學(xué)發(fā)展的影響。

-舉例回答：牛頓的萬有引力定律如何推動(dòng)了天文學(xué)和物理學(xué)的發(fā)展。

5.總結(jié)回顧（用時(shí)5分鐘）

-教師總結(jié)本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)萬有引力定律的重要性。

-回顧本節(jié)課的難點(diǎn)，如引力常數(shù)的測定和萬有引力定律在航天中的應(yīng)用。

-引導(dǎo)學(xué)生思考萬有引力定律在日常生活中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣。

-鼓勵(lì)學(xué)生在課后繼續(xù)探索萬有引力定律的更多應(yīng)用和科學(xué)原理。

教學(xué)流程總用時(shí)：45分鐘知識(shí)點(diǎn)梳理1.萬有引力定律的基本內(nèi)容

-引力公式：\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)，其中\(zhòng)(F\)是兩個(gè)物體間的引力，\(G\)是萬有引力常數(shù)，\(m_1\)和\(m_2\)是兩個(gè)物體的質(zhì)量，\(r\)是兩個(gè)物體間的距離。

-引力是作用在所有具有質(zhì)量的物體之間的力，與物體的質(zhì)量成正比，與距離的平方成反比。

2.引力常數(shù)的測定

-卡文迪許實(shí)驗(yàn)：通過測量兩個(gè)小鉛球之間的引力，計(jì)算地球的平均密度，進(jìn)而得到引力常數(shù)\(G\)的值。

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

3.萬有引力定律的應(yīng)用

-天體運(yùn)動(dòng)：描述行星、衛(wèi)星等天體的運(yùn)動(dòng)軌跡，解釋天體的軌道周期和橢圓形狀。

-地球表面重力：計(jì)算地球表面的重力加速度，解釋為什么物體會(huì)落向地面。

-航天技術(shù)：設(shè)計(jì)衛(wèi)星軌道，計(jì)算宇宙飛船的發(fā)射速度和燃料需求。

4.萬有引力定律的歷史意義

-牛頓的萬有引力定律是物理學(xué)史上的一個(gè)里程碑，它統(tǒng)一了地面上物體的重力和天體運(yùn)動(dòng)。

-定律的提出為后來的天文學(xué)和物理學(xué)研究提供了理論基礎(chǔ)。

5.引力與質(zhì)量的分布

-在行星系統(tǒng)中，萬有引力定律可以用來計(jì)算行星的質(zhì)量。

-在星系中，萬有引力定律可以用來研究星系的質(zhì)量分布和結(jié)構(gòu)。

6.引力勢能

-引力勢能是兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間的勢能，與它們之間的距離有關(guān)。

-引力勢能的公式為\(U=-\frac{Gm_1m_2}{r}\)，其中\(zhòng)(U\)是引力勢能，\(r\)是質(zhì)點(diǎn)間的距離。

7.引力場

-引力場是描述引力在空間中分布的狀態(tài)，任何具有質(zhì)量的物體都會(huì)在引力場中產(chǎn)生引力作用。

-引力場強(qiáng)度是描述引力場在空間某點(diǎn)的力的強(qiáng)度。

8.宇宙航行中的引力效應(yīng)

-地球軌道上的衛(wèi)星受到地球的萬有引力作用，保持圓周運(yùn)動(dòng)。

-宇宙飛船在逃離地球引力時(shí)，需要達(dá)到第二宇宙速度，即約11.2公里/秒。教學(xué)反思教學(xué)反思是對(duì)教學(xué)過程的一種思考，它幫助教師總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量。以下是我對(duì)本節(jié)課的幾點(diǎn)反思：

首先，我在導(dǎo)入新課環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上，通過展示宇宙圖片和提問的方式，成功地激發(fā)了學(xué)生的興趣。學(xué)生們對(duì)宇宙充滿了好奇，這讓我意識(shí)到，作為教師，我們需要善于抓住學(xué)生的興趣點(diǎn)，引導(dǎo)他們進(jìn)入學(xué)習(xí)的狀態(tài)。

其次，在新課講授環(huán)節(jié)，我注意到學(xué)生對(duì)引力常數(shù)的測定和萬有引力定律在航天中的應(yīng)用理解起來有些困難。在講解引力常數(shù)的測定時(shí)，我可能沒有足夠的時(shí)間讓學(xué)生充分理解實(shí)驗(yàn)的原理和步驟，因此，我計(jì)劃在下節(jié)課中增加一個(gè)實(shí)驗(yàn)演示環(huán)節(jié)，讓學(xué)生親自動(dòng)手操作，加深理解。

在實(shí)踐活動(dòng)環(huán)節(jié)，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生們的參與度很高，他們通過模擬實(shí)驗(yàn)和計(jì)算練習(xí)，對(duì)萬有引力定律有了更直觀的認(rèn)識(shí)。然而，我也注意到一些學(xué)生對(duì)于復(fù)雜計(jì)算感到吃力，我意識(shí)到需要加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識(shí)的復(fù)習(xí)和鞏固，以便學(xué)生能夠更好地應(yīng)用數(shù)學(xué)工具解決物理問題。

在小組討論環(huán)節(jié)，學(xué)生們提出了許多有趣的問題，比如如何通過實(shí)驗(yàn)測定引力常數(shù)，以及萬有引力定律在生活中的應(yīng)用。這些討論讓我看到了學(xué)生們的創(chuàng)造力和思考能力，同時(shí)也讓我反思如何更好地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入的討論和思考。

在教學(xué)過程中，我也發(fā)現(xiàn)了一些不足之處。例如，在講解萬有引力定律的應(yīng)用時(shí)，我可能過于側(cè)重于理論講解，而忽略了實(shí)際生活中的應(yīng)用實(shí)例。為了改進(jìn)這一點(diǎn)，我計(jì)劃在未來的教學(xué)中，更多地結(jié)合實(shí)際案例，讓學(xué)生看到物理知識(shí)的實(shí)際價(jià)值。

此外，我還注意到部分學(xué)生在課堂上的參與度不高，可能是因?yàn)樗麄儗?duì)物理學(xué)科的興趣不足或者學(xué)習(xí)方法不當(dāng)。為了提高這些學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，我計(jì)劃在課后與他們進(jìn)行一對(duì)一的交流，了解他們的學(xué)習(xí)困難和需求，并提供個(gè)性化的幫助。板書設(shè)計(jì)①萬有引力定律

-定律公式：\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)

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

-質(zhì)量與距離的關(guān)系：與質(zhì)量成正比，與距離的平方成反比

②引力常數(shù)的測定

-卡文迪許實(shí)驗(yàn)：通過測量兩個(gè)小鉛球之間的引力，計(jì)算地球的平均密度

-實(shí)驗(yàn)原理：利用扭秤測量微小力矩，推導(dǎo)出引力常數(shù)

③萬有引力定律的應(yīng)用

-天體運(yùn)動(dòng)：行星軌道、衛(wèi)星周期

-地球表面重力：重力加速度計(jì)算

-航天技術(shù)：衛(wèi)星軌道設(shè)計(jì)、宇宙飛船發(fā)射速度計(jì)算課堂1.課堂評(píng)價(jià)

在課堂教學(xué)中，我采取了多種評(píng)價(jià)方式來了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行解決。

（1）提問：通過提問，我能夠檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)萬有引力定律的理解程度。例如，我會(huì)問：“誰能解釋一下引力常數(shù)的物理意義？”或者“為什么說萬有引力定律是物理學(xué)史上的一個(gè)里程碑？”這樣的問題不僅能夠幫助學(xué)生鞏固知識(shí)，還能激發(fā)他們的思考。

（2）觀察：在課堂上，我密切觀察學(xué)生的反應(yīng)和參與度。例如，當(dāng)進(jìn)行小組討論時(shí)，我會(huì)注意學(xué)生是否積極參與，是否能夠提出有建設(shè)性的意見。通過觀察，我可以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和合作能力。

（3）測試：在課程的最后，我會(huì)進(jìn)行簡短的測試，以評(píng)估學(xué)生對(duì)本節(jié)課內(nèi)容的掌握情況。測試形式可以是選擇題、填空題或者簡答題，題目內(nèi)容與課堂講授的知識(shí)點(diǎn)緊密相關(guān)。

2.作業(yè)評(píng)價(jià)

對(duì)于學(xué)生的作業(yè)，我進(jìn)行了認(rèn)真的批改和點(diǎn)評(píng)，并及時(shí)反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（1）批改：我會(huì)仔細(xì)檢查每個(gè)學(xué)生的作業(yè)，確保他們理解了作業(yè)的要求。對(duì)于錯(cuò)誤，我會(huì)用紅筆標(biāo)注，并在旁邊寫上糾正的方法。

（2）點(diǎn)評(píng)：在批改作業(yè)的同時(shí)，我會(huì)給出具體的點(diǎn)評(píng)，鼓勵(lì)學(xué)生繼續(xù)努力。例如，對(duì)于正確答案，我會(huì)寫上“很好，繼續(xù)保持！”對(duì)于有創(chuàng)意的解答，我會(huì)寫上“很有想法，繼續(xù)探索！”

（3）反饋：我會(huì)定期與學(xué)生交流作業(yè)情況，特別是對(duì)于那些作業(yè)完成質(zhì)量不高或者有困難的學(xué)生，我會(huì)給予個(gè)別指導(dǎo)，幫助他們找到學(xué)習(xí)上的問題所在。典型例題講解1.例題：地球表面附近的重力加速度為\(g\)，一個(gè)質(zhì)量為\(m\)的物體在地球表面受到的重力為\(F_g\)。求地球的質(zhì)量\(M\)。

解答：根據(jù)萬有引力定律，物體在地球表面受到的重力可以表示為：

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

其中，\(G\)是萬有引力常數(shù)，\(R\)是地球的半徑。重力加速度\(g\)定義為：

\[g=\frac{F_g}{m}\]

將重力加速度的定義代入萬有引力公式，得到：

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

解得地球的質(zhì)量\(M\)為：

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

2.例題：兩顆行星的質(zhì)量分別為\(m_1\)和\(m_2\)，它們之間的距離為\(r\)。若它們之間的引力為\(F\)，求萬有引力常數(shù)\(G\)。

解答：根據(jù)萬有引力定律，兩顆行星之間的引力可以表示為：

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

解得萬有引力常數(shù)\(G\)為：

\[G=\frac{Fr^2}{m_1m_2}\]

3.例題：一顆人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑為\(r\)，周期為\(T\)。求地球的質(zhì)量\(M\)。

解答：衛(wèi)星受到的向心力由地球的萬有引力提供，即：

\[G\frac{Mm}{r^2}=m\frac{v^2}{r}\]

其中，\(v\)是衛(wèi)星的線速度。衛(wèi)星的線速度\(v\)與周期\(T\)的關(guān)系為：

\[v=\frac{2\pir}{T}\]

將線速度代入向心力公式，得到：

\[G\frac{M}{r^2}=\frac{(2\pir)^2}{T^2r}\]

解得地球的質(zhì)量\(M\)為：

\[M=\frac{4\pi^2r^3}{GT^2}\]

4.例題：一個(gè)質(zhì)量為\(m\)的物體從地球表面發(fā)射，以初速度\(v_0\)垂直向上發(fā)射。求物體能夠達(dá)到的最大高度\(h\)。

解答：物體在上升過程中，其動(dòng)能