2024-2025学年高中物理 第三章 万有引力定律及其应用 第1节 万有引力定律教案3 粤教版必修2

2024-2025学年高中物理第三章万有引力定律及其应用第1节万有引力定律教案3粤教版必修2授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间课程基本信息1.课程名称：高中物理第三章万有引力定律及其应用第1节万有引力定律

2.教学年级和班级：高中二年级，粤教版必修2

3.授课时间：2024-2025学年，第4周，星期二，第1-2节（共90分钟）

4.教学时数：1课时（45分钟）+1课时（45分钟）连堂进行

教学内容：

1.万有引力定律的发现历程与牛顿的贡献

2.万有引力定律的数学表达式及其物理意义

3.引力常量G的测定及其意义

4.万有引力定律在实际问题中的应用，如地球表面重力、行星轨道计算等

教学方法：

1.采用讲授、讨论、案例分析相结合的方式进行教学。

2.通过物理实验视频、动画演示，帮助学生直观理解万有引力定律。

3.设计课堂练习，让学生动手计算，巩固所学知识。

教学目标：

1.让学生掌握万有引力定律的基本概念、数学表达式和物理意义。

2.培养学生运用万有引力定律解决实际问题的能力。

3.激发学生对物理学史的兴趣，了解科学发展的过程。核心素养目标分析1.科学探究：培养学生通过观察、实验、模拟等方法，理解万有引力定律的发现过程，学会运用科学思维分析问题，提升科学探究能力。

2.物理观念：帮助学生建立完整的万有引力定律知识体系，深化对力与运动关系的理解，提高物理观念素养。

3.科学态度与责任：激发学生对自然现象的好奇心，培养实事求是、严谨认真的科学态度，认识到科学家在探索自然规律中的责任与担当。

4.数学素养：通过数学表达式的推导与应用，提高学生运用数学工具解决物理问题的能力，强化数学素养。重点难点及解决办法重点：

1.万有引力定律的数学表达式及其物理意义。

2.引力常量G的理解及其在计算中的应用。

3.万有引力定律在实际问题中的运用。

难点：

1.万有引力定律的推导过程。

2.引力常量G测定实验的理解。

3.解决与万有引力相关的复杂问题。

解决办法：

1.通过动画演示和物理实验视频，直观展示万有引力定律的推导过程，帮助学生理解其物理意义。

2.采用案例分析法，通过具体例题讲解引力常量G在计算中的应用，让学生掌握其用法。

3.设计梯度性练习题，从简单到复杂，引导学生逐步克服难点，提高解决问题的能力。

4.组织课堂讨论，鼓励学生提出疑问，针对共性问题进行集中讲解，帮助学生突破难点。教学方法与策略1.选择讲授法、讨论法和案例研究法相结合的教学方法，以适应学生对万有引力定律理论及应用的掌握需求。

-讲授法：系统讲解万有引力定律的基本概念和数学表达式。

-讨论法：围绕定律的发现历程和引力常量G的意义展开小组讨论。

-案例研究法：分析具体案例，如地球表面重力加速度的计算，理解定律在实际中的应用。

2.设计教学活动：

-实验活动：观看物理实验视频，模拟万有引力定律的实验过程。

-角色扮演：学生扮演科学家，重现牛顿发现万有引力定律的历史场景。

3.确定教学媒体使用：

-使用多媒体课件展示定律的数学推导过程和案例图片。

-利用网络资源提供拓展学习资料，如引力常量的测定方法等。

-通过教室互动平台，发布课堂练习，实时反馈学生学习情况，促进师生互动。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定律的兴趣，激发其探索欲望。

过程：

开场提问：“你们知道什么是万有引力定律吗？它与我们生活的世界有什么关系？”

展示宇宙星空、行星运动等图片和视频片段，让学生初步感受万有引力定律的魅力。

简短介绍万有引力定律的基本概念及其在自然界中的重要性，为接下来的学习打下基础。

2.万有引力定律基础知识讲解（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，包括其数学表达式和物理意义。

详细介绍万有引力定律的发现过程，通过图表和示意图展示牛顿的贡献。

通过实例（如地球表面重力、行星轨道计算），让学生更好地理解万有引力定律的实际应用。

3.万有引力定律案例分析（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定律案例进行分析，如地球与月球之间的引力作用、卫星轨道设计等。

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。

引导学生思考这些案例对实际生活和学习的影响，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在未来航天、探测等方面的应用和发展前景。

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和学习中的价值和作用，鼓励学生进一步探索和应用。

布置课后作业：让学生撰写一篇关于万有引力定律在航天领域应用的短文或报告，以巩固学习效果。知识点梳理1.万有引力定律的基本概念

-定义：万有引力定律是描述任意两个质点之间相互吸引的力与它们的质量乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比的物理定律。

-数学表达式：F=G*(m1*m2)/r^2

-物理意义：万有引力是宇宙中普遍存在的一种力，它决定了天体的运动和形态。

2.万有引力定律的发现历程

-牛顿的贡献：牛顿在1687年提出了万有引力定律，并在《自然哲学的数学原理》中详细阐述。

-开普勒定律与牛顿定律的关系：牛顿的万有引力定律是对开普勒行星运动定律的深入解释。

3.引力常量G

-定义：引力常量G是描述万有引力定律中力与质量、距离关系的一个物理常数。

-测定方法：卡文迪许扭秤实验。

-重要性：引力常量G的测定对于计算天体间的引力大小具有重要意义。

4.万有引力定律的应用

-地球表面重力：地球表面物体所受的万有引力表现为重力，其大小与物体质量和距离地心的距离有关。

-行星轨道计算：根据万有引力定律，可以计算行星围绕恒星运行的轨道。

-航天领域：万有引力定律在卫星轨道设计、航天器探测等方面具有重要作用。

5.万有引力定律的局限性

-在强引力场和微观尺度下，经典万有引力定律可能不再适用。

-量子力学和广义相对论对万有引力定律的修正。

6.万有引力定律与日常生活的联系

-地球上的物体受到的重力是由地球质量产生的万有引力引起的。

-潮汐现象：地球和月球之间的万有引力作用导致海洋潮汐的产生。

7.万有引力定律的科学研究与前沿

-引力波的探测：引力波是万有引力作用下的时空扭曲，对研究宇宙具有重要意义。

-暗物质和暗能量：现代宇宙学中提出的概念，与万有引力定律的拓展和修正有关。重点题型整理1.计算地球表面物体的重力

-题型：已知地球的质量M和半径R，计算质量为m的物体在地球表面所受的重力F。

-答案：F=G*(M*m)/R^2

2.计算行星轨道的周期

-题型：已知恒星的质量M和行星的质量m，以及行星的轨道半径r，计算行星的轨道周期T。

-答案：T=2*π*√(r^3/(G*M))

3.计算引力常量G

-题型：根据卡文迪许扭秤实验的数据，计算引力常量G的数值。

-答案：G=(F*l^2)/(m1*m2*θ)，其中F为扭秤上的力，l为扭秤的臂长，m1和m2为质点的质量，θ为扭转角度。

4.讨论万有引力定律的局限性

-题型：解释为什么在极端条件下，如黑洞附近或量子尺度上，万有引力定律不再适用。

-答案：在极端引力场中，需要使用广义相对论来描述引力效应；在量子尺度上，万有引力定律需要量子化的修正。

5.分析卫星轨道设计

-题型：设计一个卫星轨道，使其能够绕地球进行通讯覆盖，给出轨道参数。

-答案：卫星轨道通常为地球同步轨道（GEO），其高度约为35,786公里，轨道周期与地球自转周期相同，即24小时。

补充和说明：

1.地球表面物体的重力计算中，通常取G≈6.67430×10^-11m^3kg^-1s^-2。

2.计算行星轨道周期时，可以使用开普勒第三定律，即T^2∝r^3，结合万有引力定律进行求解。

3.引力常量G的测定是实验物理学的一个重要成就，它为后续的引力计算提供了基础。

4.在讨论万有引力定律的局限性时，可以提及引力波探测、弦理论等现代物理学的相关研究。

5.卫星轨道设计中，除了地球同步轨道，还有低地球轨道（LEO）、中地球轨道（MEO）等不同类型，每种轨道都有其特定的应用场景。教学反思与总结-在本节课的教学中，我采用了讲授、讨论和案例研究相结合的方法。通过生动的图片和视频，成功吸引了学生的注意力，激发了他们对万有引力定律的兴趣。在基础知识讲解环节，我详细解释了定律的数学表达式，并通过实例让学生更好地理解其应用。案例分析部分，我选择了几个具有代表性的案例，通过深入分析让学生全面了解定律的特性和重要性。在学生小组讨论和课堂展示环节，我鼓励学生积极参与，锻炼了他们的合作能力和表达能力。总的来说，本节课的教学过程是顺利和有效的。

-在教学过程中，我也发现了一些需要改进的地方。首先，由于时间限制，我未能充分展开对万有引力定律局限性的讨论。其次，在学生小组讨论环节，部分学生参与度不高，可能需要进一步激发他们的积极性。另外，课后作业的设计还有待优化，以更好地巩固学生的学习成果。

2.教学总结：

-从学生的课堂表现和作业完成情况来看，他们对万有引力定律的基本概念、数学表达式和实际应用有了较好的理解和掌握。在小组讨论和课堂展示环节，学生展现出了较强的合作能力和表达能力