2024-2025學年高中物理 第3章 3 萬有引力定律的應用教案 教科版必修2

2024-2025學年高中物理第3章3萬有引力定律的應用教案教科版必修2學校授課教師課時授課班級授課地點教具教學內(nèi)容2024-2025學年高中物理第3章3節(jié)“萬有引力定律的應用”，教科版必修2。本節(jié)課教學內(nèi)容主要包括：回顧萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)及其表達式；探討萬有引力定律在天體運動中的應用，如地球衛(wèi)星軌道、月球繞地球轉動等；學習利用萬有引力定律計算天體質(zhì)量及解決實際問題的方法；結合實際案例分析，理解萬有引力定律在我國航天事業(yè)中的重要性。通過本節(jié)課的學習，使學生掌握萬有引力定律的基本應用，提高學生運用物理知識解決實際問題的能力。核心素養(yǎng)目標教學難點與重點1.教學重點

-萬有引力定律的表達式及其物理意義；

-萬有引力定律在天體運動中的應用；

-利用萬有引力定律解決實際問題的方法；

-萬有引力定律在我國航天事業(yè)中的應用案例。

舉例：重點講解萬有引力定律的公式\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)，強調(diào)\(G\)的常數(shù)性質(zhì)，\(m_1\)和\(m_2\)代表的天體質(zhì)量，以及\(r\)表示距離對引力的影響。

2.教學難點

-理解萬有引力定律中的向心力概念及其在天體運動中的作用；

-掌握如何從給定的信息中計算出天體的質(zhì)量；

-解決涉及天體運動問題時，對物理模型的簡化處理；

-將理論應用于復雜情況，如多天體系統(tǒng)中萬有引力的計算。

舉例：難點在于讓學生理解萬有引力提供了向心力，維持天體的圓周運動，例如地球衛(wèi)星的軌道運動。需要通過圖示和實例，幫助學生構建模型，理解向心力的來源和計算方法，以及在實際問題中如何應用萬有引力定律進行求解。同時，指導學生如何處理多天體系統(tǒng)中相互作用力的復雜性，簡化問題，抓住主要因素進行計算。教學資源1.硬件資源：

-投影儀或智能黑板；

-物理實驗器材：質(zhì)量可測物體、彈簧秤、計算器等；

-航天模型或圖片。

2.軟件資源：

-多媒體教學軟件（PPT、動畫等）；

-物理模擬軟件（如PhET、Celestia等）；

-天文觀測軟件。

3.課程平臺：

-學校在線學習平臺；

-教育資源共享平臺；

-數(shù)字圖書館資源。

4.信息化資源：

-網(wǎng)絡教育資源（視頻、文章等）；

-電子教科書；

-在線試題庫。

5.教學手段：

-小組合作學習；

-探究式教學；

-實踐操作活動；

-案例分析討論。教學過程設計1.導入新課（5分鐘）

目標：激發(fā)學生興趣，建立新舊知識聯(lián)系。

過程：通過展示神州系列飛船發(fā)射升空的視頻片段，引發(fā)學生對航天及天體運動的好奇心，回顧之前學習的圓周運動知識，為新課的學習做好鋪墊。

2.知識回顧與新課引入（10分鐘）

目標：鞏固萬有引力定律的基礎知識，導入新課內(nèi)容。

過程：快速復習萬有引力定律的基本概念和公式，通過問題引導，如“萬有引力定律是如何影響天體運動的？”引入新課內(nèi)容，展示地球衛(wèi)星繞地球運動的動畫，讓學生直觀感受萬有引力的作用。

3.新課內(nèi)容講解與實例分析（20分鐘）

目標：使學生理解并掌握萬有引力定律在天體運動中的應用。

過程：詳細講解萬有引力定律在天體運動中的計算方法，結合實例分析，如計算地球衛(wèi)星的軌道半徑和周期。通過物理模擬軟件演示，幫助學生形象理解。

4.學生小組討論（10分鐘）

目標：培養(yǎng)學生的合作能力和解決問題的能力。

過程：將學生分為小組，針對特定問題，如“如何計算兩個天體的質(zhì)量”，進行討論，教師巡回指導，解答學生疑問。

5.課堂展示與點評（15分鐘）

目標：檢驗學生的學習效果，提高學生的表達和思考能力。

過程：各小組展示討論成果，教師點評并引導學生進行互評，總結正確的方法和思路。

6.課堂小結（5分鐘）

目標：鞏固本節(jié)課所學知識，明確學習重點。

過程：教師帶領學生總結本節(jié)課的學習內(nèi)容，強調(diào)萬有引力定律在天體運動中的應用和計算方法，布置相關作業(yè)，為下一節(jié)課的學習做好鋪墊。學生學習效果1.知識掌握：

-理解并掌握萬有引力定律的基本概念和表達式；

-學會運用萬有引力定律解決天體運動問題，如計算衛(wèi)星軌道、周期等；

-了解萬有引力定律在我國航天事業(yè)中的應用，提高學生的科學素養(yǎng)。

2.能力提升：

-提高學生的觀察能力和邏輯思維能力，能從實際問題中抽象出物理模型；

-培養(yǎng)學生的團隊合作能力和溝通表達能力，通過小組討論、課堂展示等方式；

-增強學生運用物理知識解決實際問題的能力，尤其是航天領域的應用。

3.情感態(tài)度：

-增進學生對物理學科的興趣，激發(fā)他們探索宇宙、航天等領域的熱情；

-培養(yǎng)學生的科學精神，使他們認識到物理知識在現(xiàn)實生活中的重要性；

-增強學生的民族自豪感，了解我國在航天領域取得的成就。

4.方法運用：

-學會使用物理模擬軟件、天文觀測軟件等工具輔助學習，提高學習效率；

-掌握通過觀察、實驗、計算等方法研究天體運動的一般過程；

-學會在復雜問題中抓住關鍵因素，進行合理簡化，解決問題。

5.創(chuàng)新意識：

-鼓勵學生提出新的問題，勇于挑戰(zhàn)傳統(tǒng)觀念，培養(yǎng)創(chuàng)新思維；

-引導學生將所學知識拓展到其他領域，如工程設計、環(huán)境保護等；

-激發(fā)學生探索未知世界的興趣，培養(yǎng)他們敢于創(chuàng)新的精神。板書設計1.標題：萬有引力定律的應用

-萬有引力定律表達式：\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)

-天體運動應用案例：地球衛(wèi)星軌道、月球繞地球轉動

2.重點內(nèi)容：

-向心力概念：\(F_c=\frac{mv^2}{r}\)

-天體質(zhì)量計算：\(m=\frac{Fr^2}{Gm}\)

-軌道周期計算：\(T=2\pi\sqrt{\frac{r^3}{GM}}\)

3.結構布局：

-左側：萬有引力定律及公式

-右側：天體運動應用實例及相關計算公式

-中間：向心力與天體運動關系圖示

4.藝術性與趣味性：

-使用不同顏色粉筆區(qū)分重點內(nèi)容、公式及實例

-繪制簡潔有趣的圖示，如地球與衛(wèi)星的軌道關系

-利用箭頭和框線突出邏輯關系，引導學生的思考順序

5.板書設計亮點：

-突出重點公式，便于學生記憶與復習

-圖文并茂，直觀展示天體運動關系

-結構清晰，幫助學生理清思路，便于課堂筆記記錄典型例題講解例題1：計算地球同步衛(wèi)星的軌道半徑。

已知：地球質(zhì)量M，地球半徑R，地球自轉周期T。

解：由萬有引力定律，地球?qū)πl(wèi)星的引力提供了向心力，即\(F=\frac{GMm}{r^2}=\frac{mv^2}{r}\)，其中\(zhòng)(v=\frac{2\pir}{T}\)。解得衛(wèi)星的軌道半徑\(r=\sqrt[3]{\frac{GMT^2}{4\pi^2}}\)。

例題2：計算地球表面物體的重力。

已知：物體質(zhì)量m，地球表面重力加速度g，地球半徑R。

解：地球?qū)ξ矬w的重力\(F=mg\)，由萬有引力定律，\(g=\frac{GM}{R^2}\)，其中\(zhòng)(G\)為萬有引力常數(shù)。解得\(F=\frac{GMm}{R^2}\)。

例題3：計算繞地球運行的衛(wèi)星的周期。

已知：衛(wèi)星質(zhì)量m，衛(wèi)星軌道半徑r，地球質(zhì)量M。

解：由萬有引力定律，\(\frac{GMm}{r^2}=\frac{mv^2}{r}\)，解得衛(wèi)星的周期\(T=2\pi\sqrt{\frac{r^3}{GM}}\)。

例題4：計算雙星系統(tǒng)中兩星的質(zhì)量。

已知：兩星之間的距離L，兩星的周期T，兩星的軌道半徑分別為r1和r2。

解：兩星相互吸引，向心力相等，即\(\frac{Gm_1m_2}{L^2}=m_1\frac{v_1^2}{r_1}=m_2\frac{v_2^2}{r_2}\)，其中\(zhòng)(v_1=\frac{2\pir_1}{T}\)，\(v_2=\frac{2\pir_2}{T}\)。解得\(m_1=\frac{4\pi^2r_2L^2}{GT^2}\)，\(m_2=\frac{4\pi^2r_1L^2}{GT^2}\)。

例題5：計算天體在橢圓軌道上的速度。

已知：天體質(zhì)量m，近地點和遠地點距離分別為r1和r2，橢圓軌道的長軸2a。

解：由開普勒第二定律，天體在橢圓軌道上的速度\(v=\sqrt{\frac{GM}{r}}\)，其中\(zhòng)(r\)為天體到橢圓中心的距離。在近地點和遠地點，\(r=r1\)和\(r=r2\)。解得\(v_1=\sqrt{\frac{GM}{r1}}\)，\(v_2=\sqrt{\frac{GM}{r2}}\)。

補充說明：

1.例題1中，地球同步衛(wèi)星的軌道半徑與地球自轉