2024-2025学年高中物理 第五章 万有引力定律及其应用 第1节 万有引力定律及引力常量的测定教案2 鲁科版必修2

2024-2025学年高中物理第五章万有引力定律及其应用第1节万有引力定律及引力常量的测定教案2鲁科版必修2主备人备课成员教学内容分析本节课的主要教学内容是万有引力定律及引力常量的测定。学生将学习万有引力定律的表述、适用范围、计算公式，以及引力常量的测定方法和过程。此外，学生还将了解万有引力定律在实际应用中的重要性，如天体运动、卫星导航等。

教学内容与学生已有知识的联系：学生在学习本节课之前，应已掌握牛顿运动定律、向心力、圆周运动等基础知识。在此基础上，本节课将引导学生将已有知识与万有引力定律相结合，进一步拓展学生的物理知识体系。同时，本节课的内容也为后续学习天体物理学、航天技术等领域打下基础。核心素养目标本节课旨在培养学生的科学思维、科学探究和科学态度三个方面的核心素养。在科学思维方面，通过学习万有引力定律，培养学生运用物理学原理分析和解决问题的能力。在科学探究方面，引导学生通过实验和观察，探究引力常量的测定方法，提高学生进行科学探究的能力。在科学态度方面，通过了解万有引力定律在实际应用中的重要性，使学生认识到物理学在生活中的价值，培养学生的科学态度和社会责任感。学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：在学习本节课之前，学生应该已经掌握了初中阶段的物理知识，包括力学、光学、热学等基本概念。此外，学生还应该具备一定的数学基础，如代数、几何、三角函数等。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：针对本节课的内容，学生可能对天体物理学、航天技术等领域感兴趣。在学习能力方面，学生应具备一定的观察、实验、分析问题和解决问题的能力。在学习风格上，学生可能更倾向于通过实践、讨论和合作来学习。

3.学生可能遇到的困难和挑战：在学习万有引力定律及引力常量的测定过程中，学生可能遇到以下困难和挑战：

（1）理解万有引力定律的抽象概念，如引力、质量、距离等；

（2）掌握引力常量的测定方法和过程，以及相关实验操作；

（3）将理论知识应用到实际问题中，如天体运动、卫星导航等；

（4）解决复杂的数学计算和问题，如引力公式、向心力等；

（5）保持对物理学的学习兴趣和积极性，面对枯燥的理论知识能保持热情。

针对以上困难和挑战，教师应充分了解学生的实际情况，调整教学策略，引导学生克服困难，提高学习效果。学具准备Xxx课型新授课教法学法讲授法课时第一课时师生互动设计二次备课教学方法与策略1.选择适合教学目标和学习者特点的教学方法：

针对本节课的教学目标和学习者特点，我将采用以下教学方法：

（1）讲授法：在课堂上，我将系统地讲解万有引力定律的定义、表达式、适用范围和引力常量的测定方法。通过讲授，帮助学生建立完整的知识体系。

（2）案例研究：分析实际案例，如地球引力、卫星导航等，使学生了解万有引力定律在实际中的应用，提高学生的学习兴趣。

（3）实验法：组织学生进行万有引力定律相关实验，如测定引力常量，让学生亲身体验科学探究过程，培养学生的实验操作能力和科学探究精神。

（4）小组讨论：引导学生就万有引力定律的应用、实际问题进行小组讨论，促进学生之间的交流与合作，提高学生的团队协作能力。

2.设计具体的教学活动：

（1）导入：以地球引力为例，引导学生思考万有引力现象，激发学生的学习兴趣。

（2）新课讲解：详细讲解万有引力定律的定义、表达式、适用范围，并通过PPT展示相关图片和动画，帮助学生形象地理解。

（3）实验环节：组织学生进行万有引力定律实验，如测定引力常量。在实验过程中，引导学生观察、记录数据，并进行数据分析。

（4）案例分析：分析实际案例，如卫星导航，让学生了解万有引力定律在实际中的应用。

（5）小组讨论：让学生就万有引力定律的应用和实际问题进行小组讨论，引导学生将理论知识运用到实际问题中。

（6）总结与反思：对本节课所学内容进行总结，强化学生对万有引力定律的理解和记忆。

3.确定教学媒体和资源的使用：

（1）PPT：制作精美、清晰的PPT，展示万有引力定律的定义、表达式、适用范围和相关案例，帮助学生直观地理解。

（2）视频：播放有关万有引力定律的实验操作、实际应用的视频，让学生更直观地了解实验过程和应用场景。

（3）在线工具：利用在线工具，如数学计算器、科学实验模拟软件等，辅助学生进行数据计算和实验操作。

（4）教材和课外读物：引导学生阅读教材和课外读物，加深对万有引力定律及其应用的理解。教学流程一、导入新课（用时5分钟）

同学们，今天我们将要学习的是《万有引力定律及其应用》这一章节。在开始之前，我想先问大家一个问题：“你们在日常生活中是否遇到过物体相互吸引的情况？”（举例说明）这个问题与我们将要学习的内容密切相关。通过这个问题，我希望能够引起大家的兴趣和好奇心，让我们一同探索万有引力的奥秘。

二、新课讲授（用时10分钟）

1.理论介绍：首先，我们要了解万有引力定律的基本概念。万有引力定律是描述物体之间相互吸引的力与它们的质量和距离之间的关系。它是物理学中的基本定律之一，对于理解天体运动和地球上的现象具有重要意义。

2.案例分析：接下来，我们来看一个具体的案例。这个案例展示了万有引力定律在实际中的应用，以及它如何帮助我们解决问题。例如，我们可以通过了解地球和其他天体之间的万有引力关系，来解释地球的自转、公转以及卫星的轨道运动。

3.重点难点解析：在讲授过程中，我会特别强调万有引力定律的数学表达式和适用条件。对于难点部分，我会通过举例和比较来帮助大家理解。

三、实践活动（用时10分钟）

1.分组讨论：学生们将分成若干小组，每组讨论一个与万有引力定律相关的实际问题。例如，探讨地球对物体产生的引力大小与物体质量和距离的关系。

2.实验操作：为了加深理解，我们将进行一个简单的实验操作。这个操作将演示物体之间万有引力的基本原理。例如，通过观察两个铁球之间的相互吸引，来验证万有引力定律。

3.成果展示：每个小组将向全班展示他们的讨论成果和实验操作的结果。

四、学生小组讨论（用时10分钟）

1.讨论主题：学生将围绕“万有引力定律在实际生活中的应用”这一主题展开讨论。他们将被鼓励提出自己的观点和想法，并与其他小组成员进行交流。

2.引导与启发：在讨论过程中，我将作为一个引导者，帮助学生发现问题、分析问题并解决问题。我会提出一些开放性的问题来启发他们的思考。

3.成果分享：每个小组将选择一名代表来分享他们的讨论成果。这些成果将被记录在黑板上或投影仪上，以便全班都能看到。

五、总结回顾（用时5分钟）

今天的学习，我们了解了万有引力定律的基本概念、重要性和应用。同时，我们也通过实践活动和小组讨论加深了对万有引力的理解。我希望大家能够掌握这些知识点，并在日常生活中灵活运用。最后，如果有任何疑问或不明白的地方，请随时向我提问。教学资源拓展1.拓展资源：

（1）科普读物：《黑洞与时间弯曲》、《宇宙简史》等，这些读物可以帮助学生更好地理解宇宙中的万有引力现象及其应用。

（2）科普视频：如BBC的《宇宙之旅》、国家地理的《黑洞：吞噬一切》等，通过视频的形式，让学生更直观地了解万有引力定律的原理和应用。

（3）在线课程：如Coursera、edX等平台上的天文学、物理学相关课程，让学生在课后进行深入学习。

（4）科学实验软件：如PhET、QualitativeAnalysis等，学生可以通过这些软件进行模拟实验，加深对万有引力定律的理解。

2.拓展建议：

（1）让学生课后阅读科普读物，并撰写读后感，加深对万有引力定律的理解和兴趣。

（2）组织学生观看科普视频，并进行观后讨论，分享各自的感悟和理解。

（3）鼓励学生报名参加在线课程，提高他们对天文学、物理学领域的认识和兴趣。

（4）利用科学实验软件进行模拟实验，让学生在课后进行自主探究，提高他们的实践能力。

（5）开展课外实践活动，如观测星空、制作卫星模型等，让学生将所学知识应用到实际中，提高他们的实践能力和创新能力。

（6）鼓励学生参加科学竞赛、课题研究等活动，提高他们的科学素养和综合能力。典型例题讲解为了帮助学生更好地理解和掌握万有引力定律及其应用，我将列举五个典型的例题进行讲解。这些例题将涵盖不同的题型和知识点，以巩固学生对万有引力定律的理解。

例题1：计算两个物体之间的万有引力

题目：两个质量分别为m1和m2的物体，距离为r，求它们之间的万有引力F。

解答：根据万有引力定律，两个物体之间的万有引力F可以计算如下：

F=G*(m1*m2)/r^2

其中，G为万有引力常量，其值为6.67430×10^-11N·m^2/kg^2。

将题目中给定的数值代入公式中，得到：

F=6.67430×10^-11*(m1*m2)/r^2

例题2：应用万有引力定律解释行星运动

题目：根据万有引力定律，解释为什么行星沿椭圆轨道绕太阳运动。

解答：根据开普勒第三定律，行星绕太阳运动的轨道是椭圆形的。万有引力定律可以解释这一现象：行星受到太阳的引力作用，向太阳方向加速，但由于它的速度不断增加，受到向心力的作用，从而沿着椭圆轨道运动。

例题3：计算地球表面物体的重力

题目：一个质量为m的物体在地球表面，求它所受到的重力F。

解答：地球的质量为M，半径为R。根据万有引力定律，地球表面物体所受到的重力F可以计算如下：

F=G*(M*m)/R^2

地球的平均半径约为6371km，地球的质量约为5.972×10^24kg。将数值代入公式中，得到：

F=6.67430×10^-11*(5.972×10^24*m)/(6371×10^3)^2

例题4：计算卫星的轨道周期

题目：一颗质量为m的卫星，以地球为圆心，距离地心R的轨道上做匀速圆周运动，求它的轨道周期T。

解答：根据牛顿第二定律和万有引力定律，卫星在轨道上的向心力由地球对卫星的引力提供。向心力F可以计算如下：

F=m*v^2/R

其中，v为卫星在轨道上的速度。根据圆周运动的性质，速度v可以表示为：

v=2*π*R/T

将v的表达式代入向心力的公式中，得到：

F=m*(2*π*R/T)^2/R

根据万有引力定律，向心力F还可以表示为：

F=G*(M*m)/R^2

将两个向心力的表达式相等，得到：

m*(2*π*R/T)^2/R=G*(M*m)/R^2

化简后，得到卫星的轨道周期T：

T=2*π*√(R^3/(G*M))

例题5：计算两个物体碰撞后的速度

题目：两个质量分别为m1和m2的物体，以速度v1和v2相向而行，碰撞后，求它们碰撞后的速度v。

解答：在碰撞过程中，系统受到外力的作用，因此动量守恒定律不再适用。但是，在碰撞前后，系统受到的总动能保持不变。根据动能守恒定律，可以得到以下方程：

(1/2)*m1*v1^2+(1/2)*m2*v2^2=(1/2)*m1*v^2+(1/2)*m2*v^2

化简后，得到碰撞后的速度v：

v=√((m1*v1^2+m2*v2^2)/(m1+m2))课堂小结，当堂检测课堂小结：

1.万有引力定律：描述了物体之间相互吸引的力与它们的质量和距离之间的关系。万有引力定律的数学表达式为F=G*(m1*m2)/r^2，其中G为万有引力常量，m1和m2为两物体的质量，r为两物体之间的距离。

2.引力常量的测定：通过实验测定引力常量G的值，常用的方法有扭秤实验和天体观测法。扭秤实验通过测量扭秤的扭转角度来求得引力常量G的值；天体观测法通过观测天体的运动来求得引力常量G的值。

3.万有引力定律的应用：万有引力定律在天体物理学、地球物理学和航天技术等领域有着广泛的应用。例如，通过了解地球和其他天体之间的万有引力关系，可以解释地球的自转、公转以及卫星的轨道运动。

4.重力：地球表面物体所受到的重力是由地球对物体的万有引力提供的。重力的计算公式为F=G*(M*m)/R^2，其中M为地球的质量，m为物体的质量，R为地球的半径。

5.卫星轨道周期：卫星在轨道上的向心力由地球对卫星的引力提供。轨道周期T的计算公式为T=2*π*√(R^3/(G*M))，其中R为卫星的轨道半径，M为地球的质量。

当堂检测：

1.计算两个物体之间的万有引力。已知物体A的质量为m1=10kg，物体B的质量为m2=5kg，它们之间的距离为r=10m。求它们之间的万有引力F。

答案：F=6.67430×10^-11*(10kg*5kg)/(10m)^2=3.33715×10^-10N。

2.解释行星沿椭圆轨道绕太阳运动的原因。

答案：行星沿椭圆轨道绕太阳运动的原因是万有引力定律。根据万有引力定律，行星受到太阳的引力作用，向太阳方向加速，但由于它的速度不断增加，受到向心力的作用，从而沿着椭圆轨道运动。

3.计算地球表面物体的重力。已知物体的质量为m=2kg，地球的平均半径为R=6371km。求物体所受到的重力F。

答案：F=6.67430×10^-11*(5.972×10^24kg*2kg)/(6371×10^3km)^2=9.8066m/s^2。

4.计算卫星的轨道周期。已知卫星的质量为m=1000kg，轨道半径为R=6666km。求卫星的轨道周期T。

答案：T=2*π*√(6666km^3/(6.67430×10^-11N·m^2/kg^2*5.972×10^24kg))=24小时。

5.计算两个物体碰撞后的速度。已知物体A的质量为m1=1kg，速度为v1=10m/s；物体B的质量为m2=2kg，速度为v2=5m/s。求物体碰撞后的速度v。

答案：v=√((1kg*10m/s^2+2kg*5m/s^2)/(1kg+2kg))=7.07m/s。板书设计①重点知识点：万有引力定律、引力常量的测定、重力、卫星轨道周期、碰撞后速度的计算。

②关键词语：物体、质量、距离、万有引力、引力常量、重力、卫星、轨道周期、碰撞、速度。

③句子：物体之间相互吸引的力与它们的质量和距离之间存在关系，称为万有引力定律；通过实验测定引力常量，了解行星运动和卫星轨道；地球表面物体所受到的重力是由地球对物体的万有引力提供的；卫星在轨道上的向心力由地球对卫星的引力提供，计算卫星的轨道周期；碰撞前后系统受到的总动能保持不变，计算碰撞后的速度。

艺术性和趣味性：

①利用图表和图形展示万有引力定律和引力常量的测定过程，使学生更直观地理解这些概念。

②在黑板上画出一个简单的卫星轨道模型，让学生通过观察和讨论来加深对卫星轨道周期的理解。

③通过绘制一个碰撞场景，展示碰撞前后物体的运动状态，让学生更直观地理解碰撞后速度的计算过程。

④在板书中加入