课堂小练(13) 万有引力理论的成就（教学设计）轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理必修 第二册（人教版）

课堂小练(13)万有引力理论的成就（教学设计）轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（人教版）科目授课时间节次--年—月—日（星期——）第—节指导教师授课班级、授课课时授课题目（包括教材及章节名称）课堂小练(13)万有引力理论的成就（教学设计）轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（人教版）教学内容分析1.本节课的主要教学内容为万有引力理论的成就，包括万有引力定律的发现及其在天文学和物理学中的重要应用，如解释地球卫星的运动、行星运动规律等。

2.教学内容与学生在上一册物理学习中掌握的牛顿运动定律和圆周运动知识有紧密联系。本节课将引导学生运用已学知识，通过分析万有引力定律在解决实际问题中的应用，加深对万有引力理论的理解。教材章节为高中物理必修第二册（人教版）第4章第3节。核心素养目标1.培养学生的物理观念，使其能够理解并运用万有引力理论解释自然现象。

2.发展学生的科学思维，通过分析实际问题，提升逻辑推理和数学应用能力。

3.增强学生的科学探究意识，鼓励其通过实验和观察探索科学规律。

4.培养学生的科学态度与责任感，认识到科学知识对社会发展的贡献。学习者分析1.学生已经掌握了牛顿运动定律、圆周运动的基本概念和公式，了解地球卫星的基本知识，具备了学习万有引力理论的基础。

2.学生对太空探索和宇宙奥秘充满兴趣，具有较强的探索欲望。在能力方面，学生具备一定的逻辑推理和数学运算能力，但个别学生可能在物理概念理解和数学应用上存在不足。在学习风格上，学生倾向于通过实例和实验来理解抽象概念。

3.学生可能遇到的困难和挑战包括：对万有引力定律的理解和运用、复杂公式推导的计算困难、将理论知识应用于实际问题的能力不足等。此外，部分学生可能在面对理论性较强的内容时，感到学习兴趣下降。教学资源准备1.教材：确保每位学生都有《高中物理必修第二册（人教版）》教材。

2.辅助材料：准备相关天体运动图像、万有引力公式推导动画、科学家介绍视频等。

3.实验器材：如涉及实验，准备开普勒定律模拟实验器材，包括小球、绳子、滑轮等，确保器材安全无隐患。

4.教室布置：划分小组讨论区，设置实验操作台，保证学生能舒适地进行讨论和实验操作。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？”

展示一些关于行星运动、卫星发射的图片或视频片段，让学生初步感受万有引力理论的魅力或特点。

简短介绍万有引力理论的基本概念和在天文学、物理学中的重要性，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理论的基本概念、组成部分和原理。

过程：

讲解万有引力定律的定义，包括其公式和适用条件。

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引力场和引力势能的概念。

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理论的特性和重要性。

过程：

选择几个典型的万有引力应用案例进行分析，如卫星导航、行星探测等。

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理论在实际问题解决中的应用。

引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何运用万有引力理论解决实际问题。

小组讨论：让学生分组讨论万有引力理论在未来的发展或改进方向，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理论相关的主题进行深入讨论，如引力波探测、卫星轨道设计等。

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理论的认识和理解。

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，强调万有引力理论的重要性和意义。

过程：

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

强调万有引力理论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理论。

布置课后作业：让学生撰写一篇关于万有引力理论在现代科技中应用的短文或报告，以巩固学习效果。拓展与延伸1.提供与本节课内容相关的拓展阅读材料：

-《自然哲学的数学原理》——牛顿的经典著作，其中包含了万有引力定律的原始表述和推导。

-《天体物理学杂志》——提供最新的天体物理学研究论文，包括万有引力理论在现代天文学中的应用。

-《科学美国人》——科普杂志，经常发表关于万有引力及其在宇宙探索中作用的文章。

2.鼓励学生进行课后自主学习和探究：

-探索万有引力定律在不同天体系统中的应用，如双星系统、星系等，了解它们是如何影响天体的运动。

-研究万有引力波，这是爱因斯坦广义相对论的预测之一，了解它是如何被探测到的，以及这对我们理解宇宙有什么意义。

-分析卫星轨道的稳定性，探究在不同引力场中卫星轨道的变化，以及这对卫星导航系统的影响。

-学习万有引力理论在地球物理学中的应用，如地球内部的引力场分布，以及它如何帮助我们理解地球的结构。

-探索宇宙膨胀理论，了解万有引力在宇宙大尺度结构形成中的作用，以及暗物质和暗能量的概念。

-观看科普视频，如国家地理频道、BBC等制作的关于宇宙探索和万有引力理论的纪录片，加深对相关概念的理解。

-参与在线课程，如Coursera、edX上提供的物理学课程，深入学习万有引力理论及其在现代物理学中的地位。

-设计简单的实验，如使用小球和绳子模拟行星运动，亲身体验万有引力定律在实际中的应用。

-参与科学社团或俱乐部，与同学一起讨论万有引力理论的最新进展和未来的研究方向。典型例题讲解【例题1】

题目：一个质量为m的卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，已知地球的质量为M，地球半径为R，万有引力常量为G。求卫星的线速度v。

解答：

卫星受到的向心力由地球对它的万有引力提供，即：

\[F=\frac{GmM}{R^2}\]

由于卫星做匀速圆周运动，向心力也可以表示为：

\[F=\frac{mv^2}{R}\]

将两个力的表达式等式相等，得到：

\[\frac{GmM}{R^2}=\frac{mv^2}{R}\]

解得卫星的线速度v为：

\[v=\sqrt{\frac{GM}{R}}\]

【例题2】

题目：月球绕地球运动的轨道半径是地球半径的60倍，求月球绕地球运动的线速度与地球表面附近卫星的线速度之比。

解答：

设地球表面附近卫星的线速度为v1，月球绕地球运动的线速度为v2。根据万有引力定律，有：

\[v1=\sqrt{\frac{GM}{R}}\]

\[v2=\sqrt{\frac{GM}{60R}}\]

所以，v2与v1之比为：

\[\frac{v2}{v1}=\frac{\sqrt{\frac{GM}{60R}}}{\sqrt{\frac{GM}{R}}}=\frac{1}{\sqrt{60}}\]

【例题3】

题目：一个卫星在地球表面附近绕地球运动，周期为T。求卫星的轨道半径。

解答：

卫星的向心力由万有引力提供，根据牛顿第二定律和万有引力定律，有：

\[\frac{GmM}{r^2}=\frac{m4\pi^2r}{T^2}\]

解得卫星的轨道半径r为：

\[r=\left(\frac{GMT^2}{4\pi^2}\right)^{\frac{1}{3}}\]

【例题4】

题目：一个质量为m的小球从高度h自由落下，不考虑空气阻力，求小球落地时的速度。

解答：

小球落地时的速度由重力势能转化为动能得到，根据能量守恒定律，有：

\[mgh=\frac{1}{2}mv^2\]

解得小球落地时的速度v为：

\[v=\sqrt{2gh}\]

【例题5】

题目：一个质量为m的物体在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，已知轨道半径为r，求物体的向心加速度。

解答：

物体的向心加速度a由万有引力提供，根据牛顿第二定律和万有引力定律，有：

\[\frac{GmM}{r^2}=ma\]

解得物体的向心加速度a为：

\[a=\frac{GM}{r^2}\]板书设计①万有引力定律的公式及其应用

-公式：\[F=\frac{Gm_1m_2}{r^2}\]

-重点词：万有引力、引力常量G、质量m、距离r

②卫星运动的基本规律

-公式：\[v=\sqrt{\frac{GM}{R}}\]

-重点词：卫星、线速度v、地球质量M、地球半径R

③向心加速度与万有引力的关系

-公式：\[a=\frac{GM}{r^2}\]

-重点词：向心加速度a、万有引力、引力常量G、轨道半径r

板书时，首先板书万有引力定律的公式，然后板书卫星运动的基本规律公式，最后板书向心加速度与万有引力的关系公式。每个公式下面列出相关的重点词，以便学生理解和记忆。教学评价与反馈1.课堂表现：

-学生在导入环节表现出浓厚的兴趣，能够积极参与开场提问和讨论。

-在基础知识讲解环节，学生能够跟随教师的讲解思路，对万有引力定律有了基本的理解。

-在案例分析环节，学生能够积极思考，对案例中的问题进行深入分析，并提出自己的见解。

2.小组讨论成果展示：

-学生在小组讨论中表现出良好的合作精神，能够分工明确，共同探讨问题。

-各小组代表在展示环节能够清晰表达本组的讨论成果，展示了对万有引力理论在不同领域的应用有了更深入的理解。

-小组讨论成果展示过程中，学生能够相互提问和点评，促进了班级内部的交流与互动。

3.随堂测试：

-随堂测试题目涉及万有引力定律的应用、卫星运动规律和向心加速度的计算，学生能够较好地完成。

-测试结果显示，大部分学生对万有引力定律的理解和应用能力有所提高，但部分学生在复杂计算题上仍存在困难。

4.课后作业与自主学习：

-学生能够按时提交课后作业，作业质量较高，显示出了对课堂内容的巩固和拓展。

-学生在课后自主学习环节，积极参与拓展阅读和探究活动，对万有引力理论有了更全面的了解。

5.教师评价与反馈：

-教师对学生在课堂上的积极表现和小组讨论成果给予肯定，鼓励学生继续保持探究精神。

-针对随堂测试中存在的问题，教师给予个别辅导，帮助学生理解复杂概念和计算方法。

-教师提出改进建议，鼓励学生在课后加强自主学习，通过实验和探究深化对万有引力理论的理解。

-教师强调万有引力理论在现实生活和科技发展中的重要性，激发学生的科学兴趣和探索欲望。反思改进措施（一）教学特色创新

1.结合实际案例，将万有引力理论与学生日常生活、科技发展相结合，激发学生的学习兴趣。

2.引导学生通过实验、探究活动等方式，深入理解万有引力理论的基本概念和应用。

（二）存在主要问题

1.部分学生对万有引力理论的理解和应用能力有待提高，尤其是在复杂计算题上存在困难。

2.课堂互动不足，部分学生在小组讨论和展示环节较为被动。

3.教学评价方式较为单一，主要依赖于