2024-2025学年新教材高中物理 第七章 万有引力与宇宙航行 1 行星的运动（2）教案 新人教版必修2

2024-2025学年新教材高中物理第七章万有引力与宇宙航行1行星的运动（2）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、教材分析《2024-2025学年新教材高中物理第七章万有引力与宇宙航行1行星的运动（2）教案新人教版必修2》旨在让学生深入理解开普勒定律及其在行星运动中的应用。本节课紧承上节内容，通过探究行星椭圆轨道运动的特点，引导学生掌握开普勒第三定律，并学会运用万有引力定律分析行星与恒星之间的相互作用。课程强调对开普勒定律的数学表达式的理解，以及运用这些定律解决实际问题的能力，与课本知识紧密结合，符合高中二年级学生的认知水平。通过实例分析，培养学生对天体物理的兴趣，为后续学习宇宙航行打下坚实基础。二、核心素养目标分析本节课围绕“万有引力与宇宙航行”这一主题，旨在培育学生的物理学科核心素养。通过深入探讨行星的运动规律，学生将发展以下核心素养能力：

首先，科学思维能力：学生能够通过分析行星运动数据，抽象出开普勒定律的规律性认识，培养从实践到理论、再由理论指导实践的科学研究方法。

其次，数学建模能力：结合开普勒第三定律，学生将掌握运用数学表达式描述物理现象，学会构建简单的数学模型，加深对物理与数学相结合的理解。

再次，科学探究能力：通过对行星运动问题的探讨，学生能够主动提出问题，设计实验方案，进行数据分析，从而培养探究未知、解决问题的能力。

最后，科学态度与责任：课程强调在探索宇宙奥秘的过程中，培养学生尊重事实、严谨求实的科学态度，激发他们对宇宙的好奇心和探索欲，增强对自然界的敬畏与保护意识。

本节课紧密结合课本内容，以培养学生核心素养为目标，注重理论与实践相结合，旨在提高学生的综合运用能力，为未来深入学习物理学和相关领域打下坚实基础。三、教学难点与重点1.教学重点

（1）开普勒第三定律的理解与应用：重点讲解开普勒第三定律的表述，即行星轨道半长轴的立方与其公转周期的平方成正比。通过实例计算，让学生掌握如何运用这一定律分析实际问题。

举例：以地球绕太阳公转为例，计算地球轨道半长轴的立方与公转周期的平方的比值，并与其他行星进行比较，探讨规律。

（2）万有引力定律在行星运动中的应用：运用万有引力定律分析行星与恒星之间的引力作用，推导出行星运动的向心加速度表达式，并探讨与开普勒定律之间的关系。

举例：以地球绕太阳公转为例，计算地球所受的向心加速度，并与实际观测数据对比，验证万有引力定律的正确性。

（3）行星运动轨迹的数学描述：通过开普勒定律，掌握行星运动轨迹的数学表达式，学会运用数学工具描述物理现象。

举例：利用开普勒定律，推导出行星在不同位置的速度、加速度与轨道半径之间的关系，并用数学公式表达。

2.教学难点

（1）开普勒第三定律的推导过程：从行星观测数据中提炼出开普勒第三定律，理解其背后的物理原理，对学生来说是一大难点。

解决方法：通过动画演示、实际观测数据对比等方式，让学生直观地感受开普勒第三定律的成立过程，降低理解难度。

（2）万有引力定律在行星运动中的应用：将万有引力定律与行星运动相结合，推导出行星运动的向心加速度表达式，涉及复杂的数学运算。

解决方法：分步骤引导学生进行推导，强调数学运算的严谨性，并给予学生充足的练习机会，提高解题能力。

（3）行星运动轨迹的数学描述：将开普勒定律与数学工具相结合，描述行星运动的轨迹，对学生数学建模能力要求较高。

解决方法：结合实际案例，引导学生运用已学的数学知识，如三角函数、坐标系等，对行星运动轨迹进行描述，并加强课堂讨论，提高学生解决问题的能力。四、教学资源准备1.教材：

-确保每位学生都提前准备好新人教版必修2的物理教材，特别是第七章“万有引力与宇宙航行”的相关内容。

-教师准备教学PPT或幻灯片，其中包含本节课的核心知识点、例题、练习题以及拓展阅读材料。

2.辅助材料：

-准备行星运动轨迹的图像、开普勒定律的示意图、万有引力定律的应用图表等多媒体资源，以视觉化的方式帮助学生理解抽象的概念。

-收集和整理有关行星运动和开普勒定律的科学视频，如NASA的宇宙探索纪录片片段，增加学生对宇宙航行的直观认识。

-准备一些有关天文学的时事新闻或最新研究进展，以激发学生的兴趣和探究欲望。

3.实验器材：

-准备行星轨道演示仪或相关软件模拟工具，以便在课堂上直观展示行星的椭圆轨道运动。

-如果条件允许，可以准备简单的天体模型，如地球和太阳的模型，用于演示万有引力的作用效果。

-确保所有实验器材的安全性，并在实验前进行安全性教育。

4.教室布置：

-将教室座位设置为小组合作模式，每组配有一台电脑或平板，以便学生能够共同观察多媒体资源和进行讨论。

-在教室的一角设置实验操作台，提前布置好实验器材，确保实验操作时的安全性和便捷性。

-在教室内展示相关的科普海报或图表，创造一个沉浸式的学习环境，让学生在课间也能接触到与课程相关的知识。

-准备好黑板或白板，以及足够的记号笔，方便教师在讲解过程中进行板书和图示。五、教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

-发布预习任务：通过校园网络平台，上传预习PPT和视频资料，明确预习目标和要求，特别是关于开普勒第三定律和万有引力定律的基础知识。

-设计预习问题：围绕“行星的运动”，设计问题如“行星轨道的形状与开普勒第一定律有何关系？”和“万有引力定律如何影响行星的公转速度？”

-监控预习进度：通过在线平台跟踪学生的预习情况，及时解答学生的预习疑问。

学生活动：

-自主阅读预习资料：学生按照要求阅读教材和相关资料，初步理解行星运动的基本概念。

-思考预习问题：学生针对预习问题进行思考，记录自己的理解和解题思路。

-提交预习成果：学生将预习笔记、问题等通过平台提交，便于教师了解学生的预习情况。

教学方法/手段/资源：

-自主学习法：鼓励学生独立学习，培养自主学习能力。

-信息技术手段：利用在线平台进行资源共享和进度监控。

作用与目的：

-帮助学生提前接触课程重难点，为课中学习打下基础。

-培养学生的独立思考和自主学习能力。

2.课中强化技能

教师活动：

-导入新课：通过播放宇宙探索的视频，引出行星运动的课题，激发学生兴趣。

-讲解知识点：详细讲解开普勒第三定律和万有引力定律在行星运动中的应用，结合具体例子进行说明。

-组织课堂活动：设计小组讨论，让学生分析行星运动数据，推导开普勒第三定律。

-解答疑问：针对学生的问题，进行个别或集体解答。

学生活动：

-听讲并思考：认真听讲，对关键概念进行内化。

-参与课堂活动：在小组讨论中积极发言，共同解决实际问题。

-提问与讨论：对不懂的问题提出疑问，参与课堂讨论。

教学方法/手段/资源：

-讲授法：通过讲解和示例，帮助学生深入理解知识点。

-实践活动法：通过小组讨论和数据分析，让学生在实践中掌握技能。

-合作学习法：通过团队合作，培养学生的沟通和协作能力。

作用与目的：

-加深学生对重难点的理解，如开普勒第三定律的推导和应用。

-通过实践活动，提高学生的动手操作能力和问题解决能力。

-培养学生的团队合作精神和沟通能力。

3.课后拓展应用

教师活动：

-布置作业：根据课程内容，布置相关习题，巩固学生对知识点的掌握。

-提供拓展资源：推荐相关的科普文章、视频等，鼓励学生进行深度学习。

-反馈作业情况：及时批改作业，给予学生反馈，指导学生改进。

学生活动：

-完成作业：认真完成作业，巩固课堂所学。

-拓展学习：利用教师提供的资源，进行深入学习。

-反思总结：对自己的学习过程进行反思，提出改进策略。

教学方法/手段/资源：

-自主学习法：鼓励学生自主完成作业和拓展学习。

-反思总结法：引导学生通过反思，促进自我提升。

作用与目的：

-巩固学生对行星运动知识点的掌握，特别是重难点的理解。

-通过拓展学习，拓宽学生的知识视野，提高思维的深度。

-培养学生自我反思和自我管理的能力，促进学习效率的提高。六、拓展与延伸1.提供与本节课内容相关的拓展阅读材料，不要写网址网站。

-课外读物：《宇宙探索之旅》

-科普文章：关于开普勒定律和万有引力定律在天体物理学中的应用

-科学杂志：介绍最新的宇宙探索技术和发现

2.鼓励学生进行课后自主学习和探究。

-研究任务：选择一个行星，收集其轨道数据，并尝试运用开普勒定律和万有引力定律进行分析。

-探究活动：设计一个小型的行星轨道模拟实验，观察不同条件下的行星运动轨迹。

-小组项目：组建小组，共同研究一个与行星运动相关的问题，如行星际旅行、太空探测等。七、内容逻辑关系1.行星运动与开普勒定律

①开普勒第一定律：行星沿椭圆轨道运动，太阳位于椭圆的一个焦点上。

②开普勒第二定律：行星在椭圆轨道上的面积速率是恒定的。

③开普勒第三定律：行星轨道半长轴的立方与其公转周期的平方成正比。

2.万有引力与行星运动

①万有引力定律：两个物体之间的引力与它们的质量成正比，与它们之间的距离平方成反比。

②行星运动的向心加速度：由万有引力定律推导出，描述行星围绕恒星运动的加速度。

3.行星运动轨迹的数学描述

①椭圆轨道的数学表达：利用椭圆的参数方程描述行星在轨道上的位置。

②行星速度与轨道半径的关系：根据开普勒定律，推导出行星在不同位置的速度与轨道半径的关系。八、教学反思与改进在本次教学活动中，我重点关注了学生对开普勒定律和万有引力定律的理解，以及它们在行星运动中的应用。课后，我进行了深入的反思，考虑如何更好地评估教学效果并识别需要改进的地方。

首先，我发现学生在理解开普勒第三定律时存在一定的困难，特别是如何将其与实际的行星运动数据相结合。为了帮助学生更好地掌握这一知识点，我计划在未来的教学中增加更多的实例分析，让学生通过具体的计算和图表来感受开普勒定律的实际应用。

其次，我注意到在课堂活动中，部分学生参与度不高，这可能是因为他们对实验和小组讨论的准备不足。为了提高学生的参与度，我打算在课前提供更加详细的预习指导，明确学生在活动中的角色和任务，确保每位学生都能在课堂上有事可做，有话可说。

另外，我发现学生在解决与行星运动相关的数学问题时，运算能力有待提高。针对这一点，我计划在未来的教学中增加一些数学运算的专项练习，帮助学生巩固相关的数学知识，提高解题速度和准确性。

为了评估教学效果，我设计了以下反思活动：

1.课后调查问卷，了解学生对课堂内容的掌握情况，特别是对重难点的理解。

2.组织课后小组讨论，让学生分享学习心得，互相解答疑问，同时收集学生对教学方法的反馈。

3.作业和测验成绩分析，通过学生的作业和测验结果，评估他们对知识点的掌握程度。

针对反思活动中发现的问题，我将采取以下改进措施：

1.在讲解开普勒定律时，引入更多的互动环节，如让学生自己收集数据，进行数据分析。

2.优化课堂活动设计，确保每位学生都能在活动中发挥积极作用。

3.加强与数学教师的沟通，共同制定一些针对性的数学训练计划，提高学生的运算能力。作业布置与反馈为了巩固学生在本节课所学的行星运动知识，并提高他们的应用能力，我布置了以下作业：

1.计算题：要求学生根据给定数据，运用开普勒第三定律计算行星轨道半长轴的立方与公转周期的平方的比值。通过这道题目，学生可以加深对开普勒第三定律的理解，并提高他们的计算能力。

2.分析题：提供一组行星运动的观测数据，要求学生分析行星轨道的形状、速度变化等。通过这道题目，学生可以加深对开普勒定律的理解，并提高他们分析数据的能力。

3.绘图题：要求学生根据给定条件，绘制行星在不同位置的速度-轨道半径图。通过这道题目，学生可以加深对行星运动轨迹的理解，并提高他们的绘图能力。

在学生提交作业后，我会及时进行批改，并对学生的作业进行反馈。在反馈中，我会指出学生存在的问题，如计算错误、分析方法不当等，并给出相应的改进建议。同时，我也会对学生的作业进行评价，鼓励他们在未来的学习中继续努力。通过作业的布置与反馈，我希望学生能够巩固所学知识，提高他们的应用能力，并在未来的学习中取得更好的成绩。重点题型整理1.计算题：已知某行星绕恒星公转的周期为T年，轨道半长轴为a天文单位。根据开普勒第三定律，求该行星轨道半长轴的立方与公转周期的平方的比值。

解答：根据开普勒第三定律，行星轨道半长轴的立方与其公转周期的平方成正比，即$a^3/T^2=K$，其中K为常数。因此，该行星轨道半长轴的立方与公转周期的平方的比值为$K$。

2.分析题：已知地球绕太阳公转的周期为1年，轨道半长轴为1天文单位。根据开普勒第三定律，求地球轨道半长轴的立方与公转周期的平方的比值。

解答：根据开普勒第三定律，地球轨道半长轴的立方与其公转周期的平方成正比，即$a^3/T^2=K$。将地球的轨道半长轴和公转周期代入公式，得到$1^3/1^2=K$，因此地球轨道半长轴的立方与公转周期的平方的比值为1。

3.绘图题：根据开普勒第二定律，绘制地球在轨道上不同位置的速度-轨道半径图。

解答：根据开普勒第二定律，地球在轨道上不同位置的速度-轨道半径图应为双曲线形状，其中速度最大处对应轨道的近日点，速度最小处对应轨道的远日点。

4.计算题：已知某行星的质量为m，轨