2024-2025学年新教材高中物理 第七章 3 万有引力理论的成就教案 新人教版必修2

2024-2025学年新教材高中物理第七章3万有引力理论的成就教案新人教版必修2课题：科目：班级：课时：计划1课时教师：单位：一、教学内容分析本节课的主要教学内容是万有引力理论的成就。这部分内容涵盖了万有引力定律的发现、行星运动的解释、引力常量的测定等方面。教学内容与学生已有知识的联系主要体现在以下几个方面：

1.学生已经学习了牛顿的运动定律和开普勒的行星运动定律，对于物体运动的基本规律有一定的了解。

2.学生已经学习了力的概念和作用，对于力的作用效果和相互性有一定的认识。二、核心素养目标本节课旨在培养学生的科学思维能力、科学探究能力和科学创新能力。通过学习万有引力理论的成就，学生将能够：

1.理解万有引力定律的提出过程，培养科学思维的逻辑性和历史观。

2.掌握万有引力定律的表达式和适用范围，提高科学探究的数学建模能力。

3.了解行星运动的解释和引力常量的测定，激发科学创新的想象力。三、教学难点与重点1.教学重点：

（1）万有引力定律的表述及适用范围：公式F=G(Mm/r^2)中，F表示两个质点之间的引力，G为万有引力常量，M和m分别为两个质点的质量，r为两个质点之间的距离。该定律适用于质点间的万有引力计算，也可以推广到均匀球体和均匀球壳。

（2）行星运动的解释：根据万有引力定律，行星绕太阳的椭圆轨道运动可以得到解释。行星在运动过程中，受到太阳的万有引力作用，向太阳方向加速，同时由于行星自身的惯性，保持原来的运动状态，从而形成椭圆轨道运动。

（3）引力常量的测定：卡文迪许通过扭秤实验，首次较为精确地测定了万有引力常量G的值。这一成就为后来的科学研究提供了重要依据。

2.教学难点：

（1）万有引力定律的推导过程：学生需要理解并掌握万有引力定律的推导过程，包括开普勒定律、牛顿运动定律等基础知识，以及如何将这些知识运用到万有引力定律的推导中。

（2）行星运动方程的推导：学生需要理解并掌握行星运动方程的推导过程，以及如何运用万有引力定律解释行星运动的规律。

（3）引力常量的测定方法：学生需要了解并掌握引力常量的测定方法，以及如何应用扭秤实验测定引力常量G的值。

（4）万有引力定律在实际问题中的应用：学生需要学会将万有引力定律应用于实际问题，如天体运动、地球物理等领域。

为了帮助学生突破难点，教师可以采取以下教学方法：

（1）运用动画、图片等教学资源，生动直观地展示行星运动规律和万有引力定律的推导过程。

（2）通过实际例子，让学生了解万有引力定律在生活中的应用，提高学生的学习兴趣和实际操作能力。

（3）组织学生进行小组讨论和实验操作，引导学生主动探索、发现问题，提高学生的科学探究能力。

（4）在教学过程中，教师要注重引导学生运用已有的知识体系，如牛顿运动定律、开普勒定律等，来理解和掌握万有引力定律，提高学生的知识整合能力。四、教学资源1.软硬件资源：多媒体投影仪、计算机、实验室设备（如扭秤实验器材）、白板、黑板、粉笔。

2.课程平台：学校教学管理系统、网络硬盘、教学PPT。

3.信息化资源：万有引力定律相关的视频资料、动画演示、科学论文、在线课程、互动讨论区。

4.教学手段：讲解、实验演示、分组讨论、问题解答、作业布置与反馈、在线测试。五、教学过程设计1.导入新课（5分钟）

目标：引起学生对万有引力理论成就的兴趣，激发其探索欲望。

过程：

开场提问：“你们知道万有引力是什么吗？它与我们的生活有什么关系？”

展示一些关于万有引力的图片或视频片段，让学生初步感受其魅力或特点。

简短介绍万有引力理论的基本概念和重要性，为接下来的学习打下基础。

2.万有引力基础知识讲解（10分钟）

目标：让学生了解万有引力定律的基本概念、组成部分和原理。

过程：

讲解万有引力定律的定义，包括其主要组成元素或结构。

详细介绍万有引力定律的组成部分或功能，使用图表或示意图帮助学生理解。

3.万有引力案例分析（20分钟）

目标：通过具体案例，让学生深入了解万有引力定律的特性和重要性。

过程：

选择几个典型的万有引力案例进行分析。

详细介绍每个案例的背景、特点和意义，让学生全面了解万有引力定律的多样性或复杂性。

引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用万有引力定律解决实际问题。

小组讨论：让学生分组讨论万有引力定律的未来发展或改进方向，并提出创新性的想法或建议。

4.学生小组讨论（10分钟）

目标：培养学生的合作能力和解决问题的能力。

过程：

将学生分成若干小组，每组选择一个与万有引力定律相关的主题进行深入讨论。

小组内讨论该主题的现状、挑战以及可能的解决方案。

每组选出一名代表，准备向全班展示讨论成果。

5.课堂展示与点评（15分钟）

目标：锻炼学生的表达能力，同时加深全班对万有引力定律的认识和理解。

过程：

各组代表依次上台展示讨论成果，包括主题的现状、挑战及解决方案。

其他学生和教师对展示内容进行提问和点评，促进互动交流。

教师总结各组的亮点和不足，并提出进一步的建议和改进方向。

6.课堂小结（5分钟）

目标：回顾本节课的主要内容，强调万有引力定律的重要性和意义。

过程：

简要回顾本节课的学习内容，包括万有引力定律的基本概念、组成部分、案例分析等。

强调万有引力定律在现实生活或学习中的价值和作用，鼓励学生进一步探索和应用万有引力定律。

布置课后作业：让学生撰写一篇关于万有引力定律的短文或报告，以巩固学习效果。六、知识点梳理本节课的知识点主要分为以下几个部分：

1.万有引力定律的表述及适用范围：公式F=G(Mm/r^2)中，F表示两个质点之间的引力，G为万有引力常量，M和m分别为两个质点的质量，r为两个质点之间的距离。该定律适用于质点间的万有引力计算，也可以推广到均匀球体和均匀球壳。

2.行星运动的解释：根据万有引力定律，行星绕太阳的椭圆轨道运动可以得到解释。行星在运动过程中，受到太阳的万有引力作用，向太阳方向加速，同时由于行星自身的惯性，保持原来的运动状态，从而形成椭圆轨道运动。

3.引力常量的测定：卡文迪许通过扭秤实验，首次较为精确地测定了万有引力常量G的值。这一成就为后来的科学研究提供了重要依据。

4.万有引力定律在实际问题中的应用：学生需要学会将万有引力定律应用于实际问题，如天体运动、地球物理等领域。

5.万有引力定律的历史发展：学生需要了解万有引力定律的发现过程，包括牛顿、开普勒等科学家的重要贡献。

6.万有引力定律的数学推导：学生需要掌握万有引力定律的数学推导过程，包括引力势能、引力场等概念。

7.万有引力定律的实验验证：学生需要了解并掌握万有引力定律的实验验证方法，包括扭秤实验、引力吸引实验等。

8.万有引力定律的现代应用：学生需要了解万有引力定律在现代科学技术中的应用，如卫星导航、星际探测等。七、典型例题讲解本节课的典型例题将围绕万有引力定律的应用展开，旨在帮助学生巩固知识点，提高解题能力。以下是五个典型例题及详细解答：

例题1：一个质量为m的物体在距离地球表面h的高度上，受到地球的万有引力作用。假设地球的质量为M，地球的半径为R，求物体所受的万有引力大小。

解答：根据万有引力定律，物体所受的万有引力大小为F=G(Mm/(R+h)^2)。将已知数值代入公式，即可求得物体所受的万有引力大小。

例题2：一颗质量为m的卫星绕地球运行，轨道半径为r。求卫星运行一周所需的时间。

解答：根据万有引力定律，卫星运行一周所需的时间T可以通过以下公式求得：T=2π√((r^3)/(G(M+m)))。将已知数值代入公式，即可求得卫星运行一周所需的时间。

例题3：一个质量为m的物体在距离地球表面h的高度上，受到地球的万有引力作用。如果物体从高度h自由下落，求物体落地时的速度。

解答：物体从高度h自由下落时，其运动可以视为自由落体运动。根据自由落体运动的规律，物体落地时的速度v可以通过以下公式求得：v=√(2gh)。将已知数值代入公式，即可求得物体落地时的速度。

例题4：一个质量为m的物体在距离地球表面h的高度上，受到地球的万有引力作用。如果物体从高度h水平抛出，求物体落地时的速度。

解答：物体从高度h水平抛出时，其运动可以视为平抛运动。在水平方向上，物体受到的合力为零，因此水平方向的速度保持不变。在竖直方向上，物体受到地球的万有引力作用，其运动可以视为自由落体运动。根据自由落体运动的规律，物体落地时的竖直方向速度v_y可以通过以下公式求得：v_y=√(2gh)。将已知数值代入公式，即可求得物体落地时的竖直方向速度。结合水平方向的速度，即可求得物体落地时的总速度。

例题5：地球质量M，半径R，在地球表面有一物体质量m，离地球表面h高处有一卫星质量m1绕地球做圆周运动，求卫星的轨道半径。

解答：根据万有引力定律，卫星所受的向心力由地球对其的万有引力提供。因此，有以下关系式：G(Mm1)/r^2=m1v^2/r，其中v为卫星运行的速度。又因为卫星做圆周运动，所以有v=2πr/T，其中T为卫星运行一周所需的时间。将v的表达式代入向心力的表达式，可以得到：G(Mm1)/r^2=m1(2πr/T)^2/r。化简后可得：r=³√(GMT^2/4π^2)。将已知数值代入公式，即可求得卫星的轨道半径。八、板书设计1.万有引力定律的表述及适用范围：公式F=G(Mm/r^2)，适用于质点间的万有引力计算。

2.行星运动的解释：根据万有引力定律，行星绕太阳的椭圆轨道运动可以得到解释。

3.引力常量的测定：卡文迪许通过扭秤实验，首次较为精确地测定了万有引力常量G的值。

4.万有引力定律在实际问题中的应用：学会将万有引力定律应用于实际问题，如天体运动、地球物理等领域。

5.万有引力定律的历史发展：了解万有引力定律的发现过程，包括牛顿、开普勒等科学家的重要贡献。

6.万有引力定律的数学推导：掌握万有引力定律的数学推导过程，包括引力势能、引力场等概念。

7.万有引力定律的实验验证：了解并掌握万有引力定律的实验验证方法，包括扭秤实验、引力吸引实验等。

8.万有引力定律的现代应用：了解万有引力定律在现代科学技术中的应用，如卫星导航、星际探测等。

注意事项：

1.板书设计应紧扣教学内容，突出重点，准确精炼，概括性强。

2.板书设计应具有艺术性和趣味性，以激发学生的学习兴趣和主动性。

3.板书设计应结构清晰，条理分明，便于学生理解和记忆。教学反思与总结在教学过程中，我也遇到了一些问题。例如，在讲解万有引力定律的推导过程时，部分学生对公式中的符号和运算感到困惑。为了解决这个问题，我采用了更直观的教学方式，如使用图表、示意图等，帮助学生更好地理解万有引力定律的推导过程。

在课堂展示与点评环节，我发现一些学生在表达自己的观点时显得有些紧张和不自信。为了提高学生的表达能力，我在课后与学生进行了交流，鼓励他们多参与课堂讨论，多表达自己的观点。同时，我也强调了团队合作的重要性，鼓励学生在小组讨论中积极参与，共同完成任务。作业布置与反馈1.请学生根据万有引力定律的公式F=G(Mm/r^2)，计算并解释不同质量、距离的物体之间万有引力的大小。

2.请学生利用万有引力定律，分析并解释地球卫星的轨道半径、运行速度和周期之间的关系。

3.请学生结合万有引力定律和牛顿运动定律，分析并解释行星绕太阳运动的动力学原理。

作业反馈：

1.在批改学生作业时，发现部分学生对万有引力定律的公式理解不准确，未能正确计算出物体的万有引力大小。