2024-2025學(xué)年高中物理 第六章 萬有引力與航天 3 萬有引力定律教學(xué)實錄 新人教版必修2

2024-2025學(xué)年高中物理第六章萬有引力與航天3萬有引力定律教學(xué)實錄新人教版必修2主備人備課成員課程基本信息1.課程名稱：萬有引力定律

2.教學(xué)年級和班級：高一年級

3.授課時間：2024年10月25日星期三第2節(jié)課

4.教學(xué)時數(shù)：1課時核心素養(yǎng)目標培養(yǎng)學(xué)生運用物理知識解決實際問題的能力，提升科學(xué)探究精神。通過探究萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程，強化學(xué)生的邏輯思維和抽象思維能力。同時，引導(dǎo)學(xué)生理解科學(xué)知識與人類社會發(fā)展之間的關(guān)系，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任感。教學(xué)難點與重點1.教學(xué)重點，

①萬有引力定律的推導(dǎo)過程及其數(shù)學(xué)表達式。

②地球表面的重力加速度與萬有引力常數(shù)、地球質(zhì)量的關(guān)系。

③萬有引力定律在解決實際問題中的應(yīng)用，如衛(wèi)星軌道計算、天體運動等。

2.教學(xué)難點，

①理解萬有引力定律的適用范圍和局限性。

②掌握如何將萬有引力定律應(yīng)用于復(fù)雜情境中的計算和分析。

③理解引力勢能和機械能守恒原理在萬有引力作用下的應(yīng)用。

④培養(yǎng)學(xué)生運用萬有引力定律進行科學(xué)探究和問題解決的能力。學(xué)具準備多媒體課型新授課教法學(xué)法講授法課時第一課時師生互動設(shè)計二次備課教學(xué)資源準備1.教材：確保每位學(xué)生都備有《新課程標準高中物理》必修2教材。

2.輔助材料：準備與萬有引力定律相關(guān)的圖片、動畫演示萬有引力作用效果的短片、以及天體運動軌跡圖。

3.實驗器材：準備天平、彈簧測力計等用于演示和測量重力的實驗器材。

4.教室布置：設(shè)置分組討論區(qū)，配備黑板或電子白板用于展示解題過程，確保實驗操作臺安全整潔。教學(xué)實施過程1.課前自主探索

教師活動：

發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)：通過在線平臺發(fā)布《萬有引力定律》的PPT和視頻資料，明確預(yù)習(xí)目標，如理解萬有引力定律的基本概念和公式。

設(shè)計預(yù)習(xí)問題：提出問題如“萬有引力定律是如何推導(dǎo)出來的？它有哪些實際應(yīng)用？”引導(dǎo)學(xué)生思考。

監(jiān)控預(yù)習(xí)進度：通過班級微信群收集學(xué)生的預(yù)習(xí)反饋，確保所有學(xué)生都能按時完成預(yù)習(xí)。

學(xué)生活動：

自主閱讀預(yù)習(xí)資料：學(xué)生閱讀資料，理解萬有引力定律的基本原理。

思考預(yù)習(xí)問題：學(xué)生針對預(yù)習(xí)問題進行思考，記錄疑問，為課堂討論做準備。

提交預(yù)習(xí)成果：學(xué)生將預(yù)習(xí)筆記和疑問提交至在線平臺。

方法/手段/資源：

自主學(xué)習(xí)法：通過預(yù)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

信息技術(shù)手段：利用在線平臺方便監(jiān)控和分享資源。

2.課中強化技能

教師活動：

導(dǎo)入新課：通過播放描述宇宙天體相互作用的視頻，引入萬有引力定律。

講解知識點：詳細講解萬有引力定律的公式推導(dǎo)，結(jié)合地球和月球之間的引力關(guān)系進行講解。

組織課堂活動：設(shè)計小組討論，讓學(xué)生計算不同質(zhì)量的物體之間的引力大小。

解答疑問：針對學(xué)生提出的關(guān)于引力勢能和機械能守恒的問題進行解答。

學(xué)生活動：

聽講并思考：學(xué)生認真聽講，思考老師提出的問題。

參與課堂活動：學(xué)生積極參與計算和討論，嘗試應(yīng)用萬有引力定律解決實際問題。

提問與討論：學(xué)生提出疑問，與其他同學(xué)和老師一起探討。

方法/手段/資源：

講授法：通過講解幫助學(xué)生掌握萬有引力定律的核心內(nèi)容。

實踐活動法：通過計算和討論活動，讓學(xué)生在實踐中應(yīng)用定律。

合作學(xué)習(xí)法：通過小組合作，培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力。

3.課后拓展應(yīng)用

教師活動：

布置作業(yè)：布置涉及萬有引力定律應(yīng)用的計算題，如計算衛(wèi)星軌道的周期。

提供拓展資源：推薦相關(guān)書籍和在線資源，鼓勵學(xué)生進一步探索。

反饋作業(yè)情況：批改作業(yè)，針對學(xué)生的錯誤提供反饋和指導(dǎo)。

學(xué)生活動：

完成作業(yè)：學(xué)生獨立完成作業(yè)，鞏固課堂所學(xué)。

拓展學(xué)習(xí)：學(xué)生利用拓展資源進行深入學(xué)習(xí)，如研究黑洞或中子星。

反思總結(jié)：學(xué)生反思自己的學(xué)習(xí)過程，總結(jié)學(xué)習(xí)心得。

方法/手段/資源：

自主學(xué)習(xí)法：學(xué)生通過完成作業(yè)和拓展學(xué)習(xí)，提高自主學(xué)習(xí)能力。

反思總結(jié)法：通過反思，學(xué)生能夠更好地理解自己的學(xué)習(xí)過程和結(jié)果。教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

（1）天體物理學(xué)：介紹天體物理學(xué)的基本概念，如恒星、行星、黑洞等，以及它們與萬有引力定律的關(guān)系。

（2）宇宙大尺度結(jié)構(gòu)：探討宇宙中的星系、星系團以及它們之間的引力作用，引導(dǎo)學(xué)生理解宇宙的宏觀結(jié)構(gòu)。

（3）廣義相對論：簡要介紹愛因斯坦的廣義相對論，以及它與牛頓萬有引力定律的關(guān)系，讓學(xué)生了解物理學(xué)的發(fā)展歷程。

（4）航天技術(shù)：介紹航天技術(shù)的發(fā)展歷程，以及萬有引力定律在航天技術(shù)中的應(yīng)用，如衛(wèi)星軌道設(shè)計、航天器發(fā)射等。

（5）地球物理學(xué)：探討地球物理學(xué)中的重力場、地殼構(gòu)造等，以及萬有引力定律在地球物理學(xué)中的應(yīng)用。

2.拓展建議：

（1）天體物理學(xué)：

-閱讀相關(guān)科普書籍，如《宇宙簡史》等，了解宇宙的基本知識和天體物理學(xué)的發(fā)展歷程。

-觀看科普視頻，如《宇宙大爆炸》等，直觀感受宇宙的廣闊和神秘。

（2）宇宙大尺度結(jié)構(gòu)：

-學(xué)習(xí)星系、星系團等天體的相關(guān)知識，了解宇宙中的引力作用。

-探索宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的研究方法，如觀測、數(shù)據(jù)分析等。

（3）廣義相對論：

-閱讀愛因斯坦的《相對論原理》等經(jīng)典著作，了解廣義相對論的基本思想和實驗驗證。

-參加物理講座或研討會，與專家學(xué)者交流，深入了解廣義相對論。

（4）航天技術(shù)：

-關(guān)注航天領(lǐng)域的最新動態(tài)，如衛(wèi)星發(fā)射、航天器設(shè)計等。

-參觀航天博物館或科技館，了解航天技術(shù)的發(fā)展歷程。

（5）地球物理學(xué)：

-學(xué)習(xí)地球物理學(xué)的基本知識，如重力場、地殼構(gòu)造等。

-探索地球物理學(xué)在資源勘探、環(huán)境保護等方面的應(yīng)用。典型例題講解例題1：

已知地球半徑為R，質(zhì)量為M，某衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，軌道半徑為r。求衛(wèi)星的線速度v。

解答：

根據(jù)萬有引力定律，衛(wèi)星所受的引力為：

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

其中，G為萬有引力常數(shù)。

由于衛(wèi)星做勻速圓周運動，引力提供向心力，所以有：

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

將引力公式代入向心力公式，得到：

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

化簡后得到衛(wèi)星的線速度v：

\[v=\sqrt{\frac{GM}{r}}\]

例題2：

月球繞地球的軌道半徑約為3.84×10^8米，月球質(zhì)量約為7.34×10^22千克，地球質(zhì)量約為5.97×10^24千克。求月球繞地球運動的周期T。

解答：

根據(jù)萬有引力定律，月球所受的引力為：

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

其中，M為地球質(zhì)量，m為月球質(zhì)量，r為月球軌道半徑，G為萬有引力常數(shù)。

月球繞地球運動的向心力由引力提供，所以有：

\[F=m\frac{4\pi^2r}{T^2}\]

將引力公式代入向心力公式，得到：

\[G\frac{Mm}{r^2}=m\frac{4\pi^2r}{T^2}\]

化簡后得到月球繞地球運動的周期T：

\[T=2\pi\sqrt{\frac{r^3}{GM}}\]

代入已知數(shù)值計算得到：

\[T=2\pi\sqrt{\frac{(3.84\times10^8)^3}{6.674\times10^{-11}\times5.97\times10^{24}}}\approx27.3\text{天}\]

例題3：

地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為4.22×10^7米，地球質(zhì)量約為5.97×10^24千克。求地球同步衛(wèi)星的線速度v。

解答：

根據(jù)萬有引力定律，衛(wèi)星所受的引力為：

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

其中，M為地球質(zhì)量，m為衛(wèi)星質(zhì)量，r為衛(wèi)星軌道半徑，G為萬有引力常數(shù)。

衛(wèi)星做勻速圓周運動，引力提供向心力，所以有：

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

將引力公式代入向心力公式，得到：

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

化簡后得到衛(wèi)星的線速度v：

\[v=\sqrt{\frac{GM}{r}}\]

代入已知數(shù)值計算得到：

\[v=\sqrt{\frac{6.674\times10^{-11}\times5.97\times10^{24}}{4.22\times10^7}}\approx3.07\times10^3\text{米/秒}\]

例題4：

地球表面某物體受到的重力為9.8牛頓，地球半徑約為6.37×10^6米。求該物體的質(zhì)量m。

解答：

根據(jù)萬有引力定律，物體所受的引力為：

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

其中，M為地球質(zhì)量，m為物體質(zhì)量，r為地球半徑，G為萬有引力常數(shù)。

物體在地球表面受到的重力等于引力，所以有：

\[F=mg\]

其中，g為地球表面的重力加速度。

將引力公式代入重力公式，得到：

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

化簡后得到物體的質(zhì)量m：

\[m=\frac{gr^2}{GM}\]

代入已知數(shù)值計算得到：

\[m=\frac{9.8\times(6.37\times10^6)^2}{6.674\times10^{-11}\times5.97\times10^{24}}\approx6.0\times10^2\text{千克}\]

例題5：

地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為4.22×10^7米，地球質(zhì)量約為5.97×10^24千克。求地球同步衛(wèi)星的向心加速度a。

解答：

根據(jù)萬有引力定律，衛(wèi)星所受的引力為：

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

其中，M為地球質(zhì)量，m為衛(wèi)星質(zhì)量，r為衛(wèi)星軌道半徑，G為萬有引力常數(shù)。

衛(wèi)星做勻速圓周運動，引力提供向心力，所以有：

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

將引力公式代入向心力公式，得到：

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

化簡后得到衛(wèi)星的向心加速度a：

\[a=\frac{GM}{r^2}\]

代入已知數(shù)值計算得到：

\[a=\frac{6.674\times10^{-11}\times5.97\times10^{24}}{(4.22\times10^7)^2}\approx9.83\text{米/秒}^