2024-2025学年高中物理 第3章 3 万有引力定律的应用教案 教科版必修2

2024-2025学年高中物理第3章3万有引力定律的应用教案教科版必修2学校授课教师课时授课班级授课地点教具教学内容2024-2025学年高中物理第3章3节“万有引力定律的应用”，教科版必修2。本节课教学内容主要包括：回顾万有引力定律的发现及其表达式；探讨万有引力定律在天体运动中的应用，如地球卫星轨道、月球绕地球转动等；学习利用万有引力定律计算天体质量及解决实际问题的方法；结合实际案例分析，理解万有引力定律在我国航天事业中的重要性。通过本节课的学习，使学生掌握万有引力定律的基本应用，提高学生运用物理知识解决实际问题的能力。核心素养目标教学难点与重点1.教学重点

-万有引力定律的表达式及其物理意义；

-万有引力定律在天体运动中的应用；

-利用万有引力定律解决实际问题的方法；

-万有引力定律在我国航天事业中的应用案例。

举例：重点讲解万有引力定律的公式\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)，强调\(G\)的常数性质，\(m_1\)和\(m_2\)代表的天体质量，以及\(r\)表示距离对引力的影响。

2.教学难点

-理解万有引力定律中的向心力概念及其在天体运动中的作用；

-掌握如何从给定的信息中计算出天体的质量；

-解决涉及天体运动问题时，对物理模型的简化处理；

-将理论应用于复杂情况，如多天体系统中万有引力的计算。

举例：难点在于让学生理解万有引力提供了向心力，维持天体的圆周运动，例如地球卫星的轨道运动。需要通过图示和实例，帮助学生构建模型，理解向心力的来源和计算方法，以及在实际问题中如何应用万有引力定律进行求解。同时，指导学生如何处理多天体系统中相互作用力的复杂性，简化问题，抓住主要因素进行计算。教学资源1.硬件资源：

-投影仪或智能黑板；

-物理实验器材：质量可测物体、弹簧秤、计算器等；

-航天模型或图片。

2.软件资源：

-多媒体教学软件（PPT、动画等）；

-物理模拟软件（如PhET、Celestia等）；

-天文观测软件。

3.课程平台：

-学校在线学习平台；

-教育资源共享平台；

-数字图书馆资源。

4.信息化资源：

-网络教育资源（视频、文章等）；

-电子教科书；

-在线试题库。

5.教学手段：

-小组合作学习；

-探究式教学；

-实践操作活动；

-案例分析讨论。教学过程设计1.导入新课（5分钟）

目标：激发学生兴趣，建立新旧知识联系。

过程：通过展示神州系列飞船发射升空的视频片段，引发学生对航天及天体运动的好奇心，回顾之前学习的圆周运动知识，为新课的学习做好铺垫。

2.知识回顾与新课引入（10分钟）

目标：巩固万有引力定律的基础知识，导入新课内容。

过程：快速复习万有引力定律的基本概念和公式，通过问题引导，如“万有引力定律是如何影响天体运动的？”引入新课内容，展示地球卫星绕地球运动的动画，让学生直观感受万有引力的作用。

3.新课内容讲解与实例分析（20分钟）

目标：使学生理解并掌握万有引力定律在天体运动中的应用。

过程：详细讲解万有引力定律在天体运动中的计算方法，结合实例分析，如计算地球卫星的轨道半径和周期。通过物理模拟软件演示，帮助学生形象理解。

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：将学生分为小组，针对特定问题，如“如何计算两个天体的质量”，进行讨论，教师巡回指导，解答学生疑问。

5.课堂展示与点评（15分钟）

目标：检验学生的学习效果，提高学生的表达和思考能力。

过程：各小组展示讨论成果，教师点评并引导学生进行互评，总结正确的方法和思路。

6.课堂小结（5分钟）

目标：巩固本节课所学知识，明确学习重点。

过程：教师带领学生总结本节课的学习内容，强调万有引力定律在天体运动中的应用和计算方法，布置相关作业，为下一节课的学习做好铺垫。学生学习效果1.知识掌握：

-理解并掌握万有引力定律的基本概念和表达式；

-学会运用万有引力定律解决天体运动问题，如计算卫星轨道、周期等；

-了解万有引力定律在我国航天事业中的应用，提高学生的科学素养。

2.能力提升：

-提高学生的观察能力和逻辑思维能力，能从实际问题中抽象出物理模型；

-培养学生的团队合作能力和沟通表达能力，通过小组讨论、课堂展示等方式；

-增强学生运用物理知识解决实际问题的能力，尤其是航天领域的应用。

3.情感态度：

-增进学生对物理学科的兴趣，激发他们探索宇宙、航天等领域的热情；

-培养学生的科学精神，使他们认识到物理知识在现实生活中的重要性；

-增强学生的民族自豪感，了解我国在航天领域取得的成就。

4.方法运用：

-学会使用物理模拟软件、天文观测软件等工具辅助学习，提高学习效率；

-掌握通过观察、实验、计算等方法研究天体运动的一般过程；

-学会在复杂问题中抓住关键因素，进行合理简化，解决问题。

5.创新意识：

-鼓励学生提出新的问题，勇于挑战传统观念，培养创新思维；

-引导学生将所学知识拓展到其他领域，如工程设计、环境保护等；

-激发学生探索未知世界的兴趣，培养他们敢于创新的精神。板书设计1.标题：万有引力定律的应用

-万有引力定律表达式：\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)

-天体运动应用案例：地球卫星轨道、月球绕地球转动

2.重点内容：

-向心力概念：\(F_c=\frac{mv^2}{r}\)

-天体质量计算：\(m=\frac{Fr^2}{Gm}\)

-轨道周期计算：\(T=2\pi\sqrt{\frac{r^3}{GM}}\)

3.结构布局：

-左侧：万有引力定律及公式

-右侧：天体运动应用实例及相关计算公式

-中间：向心力与天体运动关系图示

4.艺术性与趣味性：

-使用不同颜色粉笔区分重点内容、公式及实例

-绘制简洁有趣的图示，如地球与卫星的轨道关系

-利用箭头和框线突出逻辑关系，引导学生的思考顺序

5.板书设计亮点：

-突出重点公式，便于学生记忆与复习

-图文并茂，直观展示天体运动关系

-结构清晰，帮助学生理清思路，便于课堂笔记记录典型例题讲解例题1：计算地球同步卫星的轨道半径。

已知：地球质量M，地球半径R，地球自转周期T。

解：由万有引力定律，地球对卫星的引力提供了向心力，即\(F=\frac{GMm}{r^2}=\frac{mv^2}{r}\)，其中\(v=\frac{2\pir}{T}\)。解得卫星的轨道半径\(r=\sqrt[3]{\frac{GMT^2}{4\pi^2}}\)。

例题2：计算地球表面物体的重力。

已知：物体质量m，地球表面重力加速度g，地球半径R。

解：地球对物体的重力\(F=mg\)，由万有引力定律，\(g=\frac{GM}{R^2}\)，其中\(G\)为万有引力常数。解得\(F=\frac{GMm}{R^2}\)。

例题3：计算绕地球运行的卫星的周期。

已知：卫星质量m，卫星轨道半径r，地球质量M。

解：由万有引力定律，\(\frac{GMm}{r^2}=\frac{mv^2}{r}\)，解得卫星的周期\(T=2\pi\sqrt{\frac{r^3}{GM}}\)。

例题4：计算双星系统中两星的质量。

已知：两星之间的距离L，两星的周期T，两星的轨道半径分别为r1和r2。

解：两星相互吸引，向心力相等，即\(\frac{Gm_1m_2}{L^2}=m_1\frac{v_1^2}{r_1}=m_2\frac{v_2^2}{r_2}\)，其中\(v_1=\frac{2\pir_1}{T}\)，\(v_2=\frac{2\pir_2}{T}\)。解得\(m_1=\frac{4\pi^2r_2L^2}{GT^2}\)，\(m_2=\frac{4\pi^2r_1L^2}{GT^2}\)。

例题5：计算天体在椭圆轨道上的速度。

已知：天体质量m，近地点和远地点距离分别为r1和r2，椭圆轨道的长轴2a。

解：由开普勒第二定律，天体在椭圆轨道上的速度\(v=\sqrt{\frac{GM}{r}}\)，其中\(r\)为天体到椭圆中心的距离。在近地点和远地点，\(r=r1\)和\(r=r2\)。解得\(v_1=\sqrt{\frac{GM}{r1}}\)，\(v_2=\sqrt{\frac{GM}{r2}}\)。

补充说明：

1.例题1中，地球同步卫星的轨道半径与地球自转