2024-2025学年新教材高中物理 第七章 3 万有引力理论的成就（2）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（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、教学内容分析本节课的主要教学内容来自2024-2025学年新教材高中物理第七章3节，重点探讨万有引力理论的成就。具体内容包括：牛顿万有引力定律的数学表达式及其应用，万有引力常量的测定，以及由万有引力定律引出的行星运动规律。

教学内容与学生已有知识的联系在于，学生在先前的课程中已经学习了质点间的相互作用力，初步了解了牛顿运动定律。在此基础上，本节课将引导学生将这些知识拓展到天体物理学领域，理解并运用万有引力定律分析天体的运动，从而加深对经典力学体系的认识。二、核心素养目标本节课的核心素养目标旨在培养学生以下能力：通过学习牛顿万有引力定律及其在天体物理中的应用，提升学生的科学思维能力，使其能够运用物理概念和原理解决实际问题；强化学生的模型构建与数学运算能力，能够运用数学表达式进行物理量的计算和推演；加强学生的科学探究能力，通过分析万有引力常量的测定过程，培养学生对科学实验和数据分析的方法论认识；最终，通过跨学科知识的整合，提高学生的科学素养，使其形成对宇宙世界的深入理解和探索精神。三、教学难点与重点1.教学重点：

-牛顿万有引力定律的数学表达式及其物理意义，强调万有引力与物体质量、距离的关系。

-万有引力常量的测定方法及其在物理研究中的重要性。

-应用万有引力定律分析天体的运动，特别是行星的椭圆轨道运动。

-通过实际案例分析，理解万有引力理论在天体物理学中的应用。

2.教学难点：

-万有引力定律中的向心力概念，学生需理解为何引力可以被视为向心力，以及如何将引力定律与圆周运动结合。

-数学运算的复杂性，尤其是将万有引力定律应用于复杂天体系统时的计算，如双星系统。

-万有引力常量的测定实验原理，包括实验设计、数据收集和处理，学生对实验方法的理解可能存在困难。

-将理论知识与实际天体运动相结合，如解释行星的轨道摄动现象，这需要学生对物理概念有深入的理解和灵活的应用能力。四、教学资源-软件资源：物理学科教学软件，模拟天体运动的软件，如Celestia或Stellarium。

-硬件资源：计算机、投影仪、白板、实验器材（如弹簧秤、质量块、测量工具等）。

-课程平台：学校教学管理系统，用于发布预习资料、课件、作业和互动讨论。

-信息化资源：电子教科书、PPT课件、教学视频、动画演示。

-教学手段：讲授法、小组讨论、实验探究、案例教学、问题导向学习。五、教学过程首先，让我们回顾一下上一节课的内容，我们讨论了万有引力定律的基本概念和它的发现过程。今天，我们将深入探究万有引力定律的成就，看看它是如何影响我们对宇宙的理解的。

1.导入新课（5分钟）

同学们，我们都知道地球上的物体受到重力的作用，那么你们有没有想过，天上的星星和行星是如何相互吸引，保持它们在宇宙中的运动的呢？今天，我们将通过学习牛顿的万有引力定律，来解开这个谜团。

2.理论讲解（15分钟）

首先，我们来复习一下万有引力定律的基本表达式：F=G*(m1*m2)/r^2。这里的F代表万有引力，G是万有引力常量，m1和m2是两个物体的质量，r是它们之间的距离。这个公式告诉我们，任何两个物体都会相互吸引，这种力与它们的质量成正比，与它们之间距离的平方成反比。

3.案例分析（15分钟）

现在，让我们通过一个案例来看看万有引力定律是如何应用的。我将展示一个关于行星运动的视频，请大家注意观察行星是如何围绕太阳做椭圆轨道运动的。看完后，我们来讨论一下，行星的这种运动是否符合万有引力定律的预测。

4.实验探究（20分钟）

为了让大家更直观地理解万有引力定律，我们将进行一个简单的实验。我会分发实验器材，每组同学测量两个质量块之间的引力，并通过计算验证万有引力定律。注意，实验中要控制变量，确保数据的准确性。

5.小组讨论（15分钟）

现在，请大家以小组为单位，讨论以下问题：

-万有引力定律如何解释地球上的潮汐现象？

-如果万有引力定律不成立，我们的宇宙会是什么样子？

每个小组派一名代表分享你们的讨论成果。

6.总结与作业（10分钟）

今天我们学习了万有引力定律在天体物理学中的应用，通过实验和案例了解了这个定律的重要性。课后，请大家完成以下作业：

-复习万有引力定律的相关知识，完成教材课后习题。

-思考万有引力定律在现代科技中的应用，例如卫星导航、太空探索等。

7.课堂反馈（5分钟）

最后，我想要了解一下大家对今天课程的感受，如果有什么疑问或建议，请随时告诉我，我会尽力为大家解答。六、知识点梳理1.牛顿万有引力定律的基本概念

-万有引力定律的表述：任何两个质点都相互吸引，这种吸引力与它们的质量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。

-公式：F=G*(m1*m2)/r^2，其中F为万有引力，G为万有引力常量，m1和m2为两物体的质量，r为它们之间的距离。

2.万有引力常量G

-万有引力常量的测定方法及其在物理研究中的重要性。

-卡文迪许实验：通过扭秤实验测定万有引力常量G。

3.万有引力定律在天体物理学中的应用

-解释行星的椭圆轨道运动。

-探讨卫星轨道的稳定性和变轨原理。

-分析双星系统的运动规律。

-解释地球上的潮汐现象。

4.宇宙中的引力相互作用

-天体之间的引力相互作用如何影响它们的运动轨迹。

-引力在星系形成和宇宙演化中的作用。

5.数学表达式与物理意义的联系

-如何将万有引力定律的数学表达式与实际物理现象相结合。

-向心力概念在万有引力定律中的应用。

6.实验探究

-掌握测定万有引力常量的实验原理和方法。

-学会通过实验验证万有引力定律。

-了解实验中可能出现的误差来源及如何减少误差。

7.科学探究与数据分析

-学习如何设计实验，收集数据，处理数据，并从中得出结论。

-掌握科学探究的基本方法和步骤。

8.跨学科知识整合

-将物理知识与天文观测相结合，探索宇宙的奥秘。

-了解物理学与其他学科（如数学、地质学、生物学等）的相互联系。七、教学评价与反馈1.课堂表现：

-学生在课堂上的参与程度，包括提问、回答问题和互动积极性。

-学生对万有引力定律的理解程度，通过课堂提问和讨论来评估。

-学生对实验探究的投入程度，以及实验操作的正确性和数据分析的准确性。

2.小组讨论成果展示：

-每个小组对给定问题的分析深度和广度。

-小组内部分工合作的情况，包括每位成员的贡献和团队协作效果。

-小组提出的解决方案或结论的创新性和实用性。

3.随堂测试：

-通过随堂小测验，评估学生对万有引力定律数学表达式和物理意义的掌握程度。

-测试学生对万有引力常量测定方法和实验原理的理解。

-评估学生运用万有引力定律解决实际问题的能力。

4.课后作业与研究报告：

-学生完成课后习题的情况，包括解题思路和答案的正确性。

-学生对万有引力定律在现代科技中应用的研究报告，评估其深度和广度。

5.教师评价与反馈：

-教师针对学生的课堂表现、小组讨论和随堂测试结果，给予及时反馈。

-针对学生在学习过程中遇到的困难和普遍问题，给予个性化的指导和建议。

-教师根据学生的整体表现，调整教学策略和方法，以促进学生的深度学习和理解。

-教师鼓励学生积极参与课堂活动，培养学生的科学探究能力和团队合作精神。八、板书设计①重点知识点：

-万有引力定律公式：F=G*(m1*m2)/r^2

-万有引力常量G：卡文迪许实验

-行星椭圆轨道运动

-潮汐现象

-向心力概念

②词、句：

-“宇宙间的相互吸引”

-“质量与距离的奥秘”

-“行星的舞动：椭圆轨道”

-“海水的涨落：潮汐现象”

-“力的交响乐：向心力”

③艺术性与趣味性：

-使用不同颜色的粉笔，突出重点公式和关键词。

-在黑板上绘制简单的示意图，如行星围绕太阳的椭圆轨道、地球和月球的相互作用引发潮汐的图示。

-设计有趣的记忆法，如用“G先生”代表万有引力常量，帮助学生记忆。

-创造形象化的比喻，如将万有引力比作“宇宙中的无形之手”，增强学生对概念的理解。

-引入天文图片或漫画，增加视觉冲击力，激发学生的兴趣。教学反思在完成这节课的教学后，我对整个教学过程进行了深入的思考。首先，我觉得在讲解万有引力定律时，通过引入日常生活中的例子，如苹果落地，帮助学生更好地理解这个抽象的概念。这样的做法确实有助于激发学生的兴趣，使他们更愿意参与到课堂讨论中来。

然而，我也注意到在课堂上，部分学生在理解万有引力定律数学表达式和物理意义方面还存在困难。在今后的教学中，我需要更加关注这部分学生，通过设计更具针对性的问题，引导他们逐步掌握这个定律的本质。

此外，小组讨论环节，我发现学生们对行星椭圆轨道运动和潮汐现象的解释表现出浓厚的兴趣。这说明他们对这些实际应用的探究有着很高的热情。因此，我计划在接下来的课程中，多设计一些与实际应用相关的案例，让学生们能够更加直观地感受到物理学的魅力。

实验探究部分，学生们在操作过程中总体表现良好，但在数据分析方面还存在一些问题。为了提高学生们的数据分析能力，我打算在下一节课中，提前对实验数据进行预讲解，引导学生们学会如何处理数据和发现数据背后的规律。

在板书设计方面，我发现使用不同颜色和示意图确实能帮助学生更好地理解和记忆重点知识。但在艺术性和趣味性方面，我觉得还可以进一步改进。今后，我会尝试采用更多有趣的比喻和形象化的描述，让板书更具吸引力。

至于教学评价与反馈，我认为在课堂上及时给予学生反馈非常重要。通过课后作业和随堂测试，我发现学生们在掌握万有引力定律方面有了明显的进步。但在教师评价与反馈方面，我还需要更加细致和个性化，针对每个学生的特点和需求给予指导。课后作业1.应用万有引力定律计算地球和月球之间的引力。

已知地球质量为5.97×10^24kg，月球质量为7.34×10^-12kg，地球和月球之间的平均距离为3.84×10^8m。计算地球对月球的引力。

2.分析行星的椭圆轨道运动。

给定一个行星的轨道半长轴a和轨道离心率e，计算行星在轨道上的近点距离和远点距离。

3.探讨卫星轨道的稳定性和变轨原理。

给定一个卫星的轨道参数，分析在不同时刻卫星的位置和速度变化，解释卫星轨道稳定性的条件。

4.解释地球上的潮汐现象。

分析地球和月球之间的引力作用，解释为什么会产生潮汐现象，并计算地球上的潮汐高度。

5.计算双星系统的运动规律。

给定两个恒星的质量和它们之间的距离，计算它们的轨道周期和轨道速度。

答案：

1.地球对月球的引力为：

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

F=6.67×10^-11N·m^2/kg^2*(5.97×10^24kg*7.34×10^-12kg)/(3.84×10^8m)^2

F=1.98×10^20N

2.行星的近点距离和远点距离分别为：

近点距离=a*(1-e)

远点距离=a*(1+e)

3.卫星轨道稳定性的条件是：

卫星轨道的离心率e<1，且轨