2024-2025學(xué)年新教材高中物理 第七章 3 萬有引力理論的成就教案 新人教版必修2

2024-2025學(xué)年新教材高中物理第七章3萬有引力理論的成就教案新人教版必修2課題：科目：班級(jí)：課時(shí)：計(jì)劃1課時(shí)教師：單位：一、教學(xué)內(nèi)容分析本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容是萬有引力理論的成就。這部分內(nèi)容涵蓋了萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)、行星運(yùn)動(dòng)的解釋、引力常量的測(cè)定等方面。教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識(shí)的聯(lián)系主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了牛頓的運(yùn)動(dòng)定律和開普勒的行星運(yùn)動(dòng)定律，對(duì)于物體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律有一定的了解。

2.學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了力的概念和作用，對(duì)于力的作用效果和相互性有一定的認(rèn)識(shí)。二、核心素養(yǎng)目標(biāo)本節(jié)課旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力、科學(xué)探究能力和科學(xué)創(chuàng)新能力。通過學(xué)習(xí)萬有引力理論的成就，學(xué)生將能夠：

1.理解萬有引力定律的提出過程，培養(yǎng)科學(xué)思維的邏輯性和歷史觀。

2.掌握萬有引力定律的表達(dá)式和適用范圍，提高科學(xué)探究的數(shù)學(xué)建模能力。

3.了解行星運(yùn)動(dòng)的解釋和引力常量的測(cè)定，激發(fā)科學(xué)創(chuàng)新的想象力。三、教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)：

（1）萬有引力定律的表述及適用范圍：公式F=G(Mm/r^2)中，F(xiàn)表示兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間的引力，G為萬有引力常量，M和m分別為兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量，r為兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間的距離。該定律適用于質(zhì)點(diǎn)間的萬有引力計(jì)算，也可以推廣到均勻球體和均勻球殼。

（2）行星運(yùn)動(dòng)的解釋：根據(jù)萬有引力定律，行星繞太陽的橢圓軌道運(yùn)動(dòng)可以得到解釋。行星在運(yùn)動(dòng)過程中，受到太陽的萬有引力作用，向太陽方向加速，同時(shí)由于行星自身的慣性，保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而形成橢圓軌道運(yùn)動(dòng)。

（3）引力常量的測(cè)定：卡文迪許通過扭秤實(shí)驗(yàn)，首次較為精確地測(cè)定了萬有引力常量G的值。這一成就為后來的科學(xué)研究提供了重要依據(jù)。

2.教學(xué)難點(diǎn)：

（1）萬有引力定律的推導(dǎo)過程：學(xué)生需要理解并掌握萬有引力定律的推導(dǎo)過程，包括開普勒定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等基礎(chǔ)知識(shí)，以及如何將這些知識(shí)運(yùn)用到萬有引力定律的推導(dǎo)中。

（2）行星運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)：學(xué)生需要理解并掌握行星運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)過程，以及如何運(yùn)用萬有引力定律解釋行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

（3）引力常量的測(cè)定方法：學(xué)生需要了解并掌握引力常量的測(cè)定方法，以及如何應(yīng)用扭秤實(shí)驗(yàn)測(cè)定引力常量G的值。

（4）萬有引力定律在實(shí)際問題中的應(yīng)用：學(xué)生需要學(xué)會(huì)將萬有引力定律應(yīng)用于實(shí)際問題，如天體運(yùn)動(dòng)、地球物理等領(lǐng)域。

為了幫助學(xué)生突破難點(diǎn)，教師可以采取以下教學(xué)方法：

（1）運(yùn)用動(dòng)畫、圖片等教學(xué)資源，生動(dòng)直觀地展示行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律和萬有引力定律的推導(dǎo)過程。

（2）通過實(shí)際例子，讓學(xué)生了解萬有引力定律在生活中的應(yīng)用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)際操作能力。

（3）組織學(xué)生進(jìn)行小組討論和實(shí)驗(yàn)操作，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索、發(fā)現(xiàn)問題，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。

（4）在教學(xué)過程中，教師要注重引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已有的知識(shí)體系，如牛頓運(yùn)動(dòng)定律、開普勒定律等，來理解和掌握萬有引力定律，提高學(xué)生的知識(shí)整合能力。四、教學(xué)資源1.軟硬件資源：多媒體投影儀、計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備（如扭秤實(shí)驗(yàn)器材）、白板、黑板、粉筆。

2.課程平臺(tái)：學(xué)校教學(xué)管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)硬盤、教學(xué)PPT。

3.信息化資源：萬有引力定律相關(guān)的視頻資料、動(dòng)畫演示、科學(xué)論文、在線課程、互動(dòng)討論區(qū)。

4.教學(xué)手段：講解、實(shí)驗(yàn)演示、分組討論、問題解答、作業(yè)布置與反饋、在線測(cè)試。五、教學(xué)過程設(shè)計(jì)1.導(dǎo)入新課（5分鐘）

目標(biāo)：引起學(xué)生對(duì)萬有引力理論成就的興趣，激發(fā)其探索欲望。

過程：

開場(chǎng)提問：“你們知道萬有引力是什么嗎？它與我們的生活有什么關(guān)系？”

展示一些關(guān)于萬有引力的圖片或視頻片段，讓學(xué)生初步感受其魅力或特點(diǎn)。

簡短介紹萬有引力理論的基本概念和重要性，為接下來的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2.萬有引力基礎(chǔ)知識(shí)講解（10分鐘）

目標(biāo)：讓學(xué)生了解萬有引力定律的基本概念、組成部分和原理。

過程：

講解萬有引力定律的定義，包括其主要組成元素或結(jié)構(gòu)。

詳細(xì)介紹萬有引力定律的組成部分或功能，使用圖表或示意圖幫助學(xué)生理解。

3.萬有引力案例分析（20分鐘）

目標(biāo)：通過具體案例，讓學(xué)生深入了解萬有引力定律的特性和重要性。

過程：

選擇幾個(gè)典型的萬有引力案例進(jìn)行分析。

詳細(xì)介紹每個(gè)案例的背景、特點(diǎn)和意義，讓學(xué)生全面了解萬有引力定律的多樣性或復(fù)雜性。

引導(dǎo)學(xué)生思考這些案例對(duì)實(shí)際生活或?qū)W習(xí)的影響，以及如何應(yīng)用萬有引力定律解決實(shí)際問題。

小組討論：讓學(xué)生分組討論萬有引力定律的未來發(fā)展或改進(jìn)方向，并提出創(chuàng)新性的想法或建議。

4.學(xué)生小組討論（10分鐘）

目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的合作能力和解決問題的能力。

過程：

將學(xué)生分成若干小組，每組選擇一個(gè)與萬有引力定律相關(guān)的主題進(jìn)行深入討論。

小組內(nèi)討論該主題的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)以及可能的解決方案。

每組選出一名代表，準(zhǔn)備向全班展示討論成果。

5.課堂展示與點(diǎn)評(píng)（15分鐘）

目標(biāo)：鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力，同時(shí)加深全班對(duì)萬有引力定律的認(rèn)識(shí)和理解。

過程：

各組代表依次上臺(tái)展示討論成果，包括主題的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及解決方案。

其他學(xué)生和教師對(duì)展示內(nèi)容進(jìn)行提問和點(diǎn)評(píng)，促進(jìn)互動(dòng)交流。

教師總結(jié)各組的亮點(diǎn)和不足，并提出進(jìn)一步的建議和改進(jìn)方向。

6.課堂小結(jié)（5分鐘）

目標(biāo)：回顧本節(jié)課的主要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)萬有引力定律的重要性和意義。

過程：

簡要回顧本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括萬有引力定律的基本概念、組成部分、案例分析等。

強(qiáng)調(diào)萬有引力定律在現(xiàn)實(shí)生活或?qū)W習(xí)中的價(jià)值和作用，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步探索和應(yīng)用萬有引力定律。

布置課后作業(yè)：讓學(xué)生撰寫一篇關(guān)于萬有引力定律的短文或報(bào)告，以鞏固學(xué)習(xí)效果。六、知識(shí)點(diǎn)梳理本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)主要分為以下幾個(gè)部分：

1.萬有引力定律的表述及適用范圍：公式F=G(Mm/r^2)中，F(xiàn)表示兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間的引力，G為萬有引力常量，M和m分別為兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量，r為兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間的距離。該定律適用于質(zhì)點(diǎn)間的萬有引力計(jì)算，也可以推廣到均勻球體和均勻球殼。

2.行星運(yùn)動(dòng)的解釋：根據(jù)萬有引力定律，行星繞太陽的橢圓軌道運(yùn)動(dòng)可以得到解釋。行星在運(yùn)動(dòng)過程中，受到太陽的萬有引力作用，向太陽方向加速，同時(shí)由于行星自身的慣性，保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而形成橢圓軌道運(yùn)動(dòng)。

3.引力常量的測(cè)定：卡文迪許通過扭秤實(shí)驗(yàn)，首次較為精確地測(cè)定了萬有引力常量G的值。這一成就為后來的科學(xué)研究提供了重要依據(jù)。

4.萬有引力定律在實(shí)際問題中的應(yīng)用：學(xué)生需要學(xué)會(huì)將萬有引力定律應(yīng)用于實(shí)際問題，如天體運(yùn)動(dòng)、地球物理等領(lǐng)域。

5.萬有引力定律的歷史發(fā)展：學(xué)生需要了解萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程，包括牛頓、開普勒等科學(xué)家的重要貢獻(xiàn)。

6.萬有引力定律的數(shù)學(xué)推導(dǎo)：學(xué)生需要掌握萬有引力定律的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，包括引力勢(shì)能、引力場(chǎng)等概念。

7.萬有引力定律的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：學(xué)生需要了解并掌握萬有引力定律的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法，包括扭秤實(shí)驗(yàn)、引力吸引實(shí)驗(yàn)等。

8.萬有引力定律的現(xiàn)代應(yīng)用：學(xué)生需要了解萬有引力定律在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用，如衛(wèi)星導(dǎo)航、星際探測(cè)等。七、典型例題講解本節(jié)課的典型例題將圍繞萬有引力定律的應(yīng)用展開，旨在幫助學(xué)生鞏固知識(shí)點(diǎn)，提高解題能力。以下是五個(gè)典型例題及詳細(xì)解答：

例題1：一個(gè)質(zhì)量為m的物體在距離地球表面h的高度上，受到地球的萬有引力作用。假設(shè)地球的質(zhì)量為M，地球的半徑為R，求物體所受的萬有引力大小。

解答：根據(jù)萬有引力定律，物體所受的萬有引力大小為F=G(Mm/(R+h)^2)。將已知數(shù)值代入公式，即可求得物體所受的萬有引力大小。

例題2：一顆質(zhì)量為m的衛(wèi)星繞地球運(yùn)行，軌道半徑為r。求衛(wèi)星運(yùn)行一周所需的時(shí)間。

解答：根據(jù)萬有引力定律，衛(wèi)星運(yùn)行一周所需的時(shí)間T可以通過以下公式求得：T=2π√((r^3)/(G(M+m)))。將已知數(shù)值代入公式，即可求得衛(wèi)星運(yùn)行一周所需的時(shí)間。

例題3：一個(gè)質(zhì)量為m的物體在距離地球表面h的高度上，受到地球的萬有引力作用。如果物體從高度h自由下落，求物體落地時(shí)的速度。

解答：物體從高度h自由下落時(shí)，其運(yùn)動(dòng)可以視為自由落體運(yùn)動(dòng)。根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，物體落地時(shí)的速度v可以通過以下公式求得：v=√(2gh)。將已知數(shù)值代入公式，即可求得物體落地時(shí)的速度。

例題4：一個(gè)質(zhì)量為m的物體在距離地球表面h的高度上，受到地球的萬有引力作用。如果物體從高度h水平拋出，求物體落地時(shí)的速度。

解答：物體從高度h水平拋出時(shí)，其運(yùn)動(dòng)可以視為平拋運(yùn)動(dòng)。在水平方向上，物體受到的合力為零，因此水平方向的速度保持不變。在豎直方向上，物體受到地球的萬有引力作用，其運(yùn)動(dòng)可以視為自由落體運(yùn)動(dòng)。根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，物體落地時(shí)的豎直方向速度v_y可以通過以下公式求得：v_y=√(2gh)。將已知數(shù)值代入公式，即可求得物體落地時(shí)的豎直方向速度。結(jié)合水平方向的速度，即可求得物體落地時(shí)的總速度。

例題5：地球質(zhì)量M，半徑R，在地球表面有一物體質(zhì)量m，離地球表面h高處有一衛(wèi)星質(zhì)量m1繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，求衛(wèi)星的軌道半徑。

解答：根據(jù)萬有引力定律，衛(wèi)星所受的向心力由地球?qū)ζ涞娜f有引力提供。因此，有以下關(guān)系式：G(Mm1)/r^2=m1v^2/r，其中v為衛(wèi)星運(yùn)行的速度。又因?yàn)樾l(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)，所以有v=2πr/T，其中T為衛(wèi)星運(yùn)行一周所需的時(shí)間。將v的表達(dá)式代入向心力的表達(dá)式，可以得到：G(Mm1)/r^2=m1(2πr/T)^2/r。化簡后可得：r=3√(GMT^2/4π^2)。將已知數(shù)值代入公式，即可求得衛(wèi)星的軌道半徑。八、板書設(shè)計(jì)1.萬有引力定律的表述及適用范圍：公式F=G(Mm/r^2)，適用于質(zhì)點(diǎn)間的萬有引力計(jì)算。

2.行星運(yùn)動(dòng)的解釋：根據(jù)萬有引力定律，行星繞太陽的橢圓軌道運(yùn)動(dòng)可以得到解釋。

3.引力常量的測(cè)定：卡文迪許通過扭秤實(shí)驗(yàn)，首次較為精確地測(cè)定了萬有引力常量G的值。

4.萬有引力定律在實(shí)際問題中的應(yīng)用：學(xué)會(huì)將萬有引力定律應(yīng)用于實(shí)際問題，如天體運(yùn)動(dòng)、地球物理等領(lǐng)域。

5.萬有引力定律的歷史發(fā)展：了解萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程，包括牛頓、開普勒等科學(xué)家的重要貢獻(xiàn)。

6.萬有引力定律的數(shù)學(xué)推導(dǎo)：掌握萬有引力定律的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，包括引力勢(shì)能、引力場(chǎng)等概念。

7.萬有引力定律的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：了解并掌握萬有引力定律的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法，包括扭秤實(shí)驗(yàn)、引力吸引實(shí)驗(yàn)等。

8.萬有引力定律的現(xiàn)代應(yīng)用：了解萬有引力定律在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用，如衛(wèi)星導(dǎo)航、星際探測(cè)等。

注意事項(xiàng)：

1.板書設(shè)計(jì)應(yīng)緊扣教學(xué)內(nèi)容，突出重點(diǎn)，準(zhǔn)確精煉，概括性強(qiáng)。

2.板書設(shè)計(jì)應(yīng)具有藝術(shù)性和趣味性，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。

3.板書設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)構(gòu)清晰，條理分明，便于學(xué)生理解和記憶。教學(xué)反思與總結(jié)在教學(xué)過程中，我也遇到了一些問題。例如，在講解萬有引力定律的推導(dǎo)過程時(shí)，部分學(xué)生對(duì)公式中的符號(hào)和運(yùn)算感到困惑。為了解決這個(gè)問題，我采用了更直觀的教學(xué)方式，如使用圖表、示意圖等，幫助學(xué)生更好地理解萬有引力定律的推導(dǎo)過程。

在課堂展示與點(diǎn)評(píng)環(huán)節(jié)，我發(fā)現(xiàn)一些學(xué)生在表達(dá)自己的觀點(diǎn)時(shí)顯得有些緊張和不自信。為了提高學(xué)生的表達(dá)能力，我在課后與學(xué)生進(jìn)行了交流，鼓勵(lì)他們多參與課堂討論，多表達(dá)自己的觀點(diǎn)。同時(shí)，我也強(qiáng)調(diào)了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，鼓勵(lì)學(xué)生在小組討論中積極參與，共同完成任務(wù)。作業(yè)布置與反饋1.請(qǐng)學(xué)生根據(jù)萬有引力定律的公式F=G(Mm/r^2)，計(jì)算并解釋不同質(zhì)量、距離的物體之間萬有引力的大小。

2.請(qǐng)學(xué)生利用萬有引力定律，分析并解釋地球衛(wèi)星的軌道半徑、運(yùn)行速度和周期之間的關(guān)系。

3.請(qǐng)學(xué)生結(jié)合萬有引力定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律，分析并解釋行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)原理。

作業(yè)反饋：

1.在批改學(xué)生作業(yè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生對(duì)萬有引力定律的公式理解不準(zhǔn)確，未能正確計(jì)算出物體的萬有引力大小。