2024-2025学年高中物理 第七章 万有引力与宇宙航行 第二节 万有引力定律教学实录 新人教版必修第二册

2024-2025学年高中物理第七章万有引力与宇宙航行第二节万有引力定律教学实录新人教版必修第二册课题：科目：班级：课时：计划1课时教师：单位：一、教学内容新教材必修第二册第七章第二节，主要内容包括万有引力定律的发现过程、万有引力定律的表述、万有引力常数的测量方法以及万有引力定律的应用。具体涉及牛顿的万有引力定律、万有引力公式、万有引力常数的测定等知识点。二、核心素养目标培养学生科学探究能力，通过实验探究万有引力定律；提高逻辑思维能力，理解万有引力定律的普适性和应用价值；增强科学态度与责任，认识到物理学在宇宙航行中的重要意义。三、教学难点与重点1.教学重点，

①理解万有引力定律的表述，掌握其数学形式；

②掌握万有引力常数的概念及其测量方法；

③能够应用万有引力定律解决实际问题，如卫星轨道计算。

2.教学难点，

①理解万有引力定律的普适性和适用条件；

②分析引力场的性质，包括引力场的矢量和标量场的特点；

③理解万有引力定律与牛顿第三定律的关系，以及万有引力定律在相对论框架下的修正。四、教学资源-软硬件资源：多媒体教学设备（投影仪、电脑）、物理实验器材（天平、测力计、小球等）

-课程平台：学校网络教学平台

-信息化资源：万有引力定律相关视频资料、在线物理实验模拟软件

-教学手段：课堂讲授、小组讨论、实验演示、问题解答五、教学流程1.导入新课

-详细内容：首先，通过播放一段关于宇宙航行的视频，激发学生的兴趣和好奇心。然后，提问学生：宇宙中星体之间的运动规律是什么？引导学生思考引力的概念。接着，介绍牛顿的万有引力定律，简要说明其历史背景和科学意义。最后，明确本节课的学习目标，即理解万有引力定律的表述、掌握其应用。

用时：5分钟

2.新课讲授

-详细内容：

①讲解万有引力定律的表述，通过公式F=G*m1*m2/r^2，解释引力的大小与距离平方成反比，与两物体质量的乘积成正比。

②分析万有引力常数的概念，介绍其测量方法，如卡文迪许实验。

③通过实例讲解万有引力定律的应用，如地球绕太阳的运动、卫星轨道计算等。

用时：10分钟

3.实践活动

-详细内容：

①学生分组进行实验，利用天平和测力计测量不同质量的物体之间的引力，验证万有引力定律。

②学生利用在线物理实验模拟软件，模拟卫星轨道，观察引力对卫星运动的影响。

③学生分组讨论，分析地球绕太阳运动时，太阳对地球的引力与地球对太阳的引力之间的关系。

用时：15分钟

4.学生小组讨论

-3方面内容举例回答：

①关于万有引力定律的普适性，学生讨论并回答：万有引力定律适用于所有天体之间的引力作用，不受物体大小和形状的影响。

②关于引力场的性质，学生讨论并回答：引力场是一个矢量场，其方向指向负质量，大小与质量成正比。

③关于万有引力定律与牛顿第三定律的关系，学生讨论并回答：万有引力定律与牛顿第三定律相辅相成，表明了作用力和反作用力的关系。

用时：10分钟

5.总结回顾

-内容：首先，回顾本节课所学的万有引力定律、万有引力常数、引力场的性质等内容。然后，强调万有引力定律在宇宙航行中的重要性，并举例说明其在实际应用中的价值。最后，布置课后作业，要求学生完成相关习题，巩固所学知识。

用时：5分钟

总计用时：45分钟六、学生学习效果学生学习效果主要体现在以下几个方面：

1.理解能力提升：

学生通过学习万有引力定律，能够理解天体之间的引力作用规律，掌握引力的大小与距离平方成反比、与质量乘积成正比的关系。学生能够运用万有引力定律解释和预测天体的运动轨迹，如地球绕太阳的椭圆轨道、月球绕地球的运动等。

2.应用能力增强：

学生能够将万有引力定律应用于实际问题解决，例如计算卫星的轨道速度、周期和高度，理解并应用开普勒定律。通过实践活动，学生能够实际测量引力并验证定律的正确性，提高实际问题解决能力。

3.探究能力培养：

学生通过实验探究万有引力定律，学会了设计实验、收集数据、分析结果和得出结论的方法。这种科学探究能力对于学生后续学习其他物理定律和科学理论具有重要意义。

4.思维能力发展：

学生在学习万有引力定律的过程中，锻炼了逻辑思维和抽象思维能力。理解引力场的概念和性质，需要学生能够从矢量场和标量场的角度思考问题，这对于培养学生的科学思维具有积极作用。

5.科学态度与价值观：

学生通过学习万有引力定律，认识到物理学在解释自然现象和推动科技进步中的重要作用。这有助于学生形成科学的态度和价值观，树立对科学的尊重和追求。

6.团队协作能力：

在小组讨论和实践活动过程中，学生需要与同伴合作，共同完成任务。这有助于学生学会沟通、协调和分工合作，提高团队协作能力。

7.信息技术应用能力：

学生在利用在线物理实验模拟软件进行实验时，学会了使用信息技术工具进行科学探究。这有助于学生适应信息时代的学习方式，提高信息技术应用能力。

-理解并掌握了万有引力定律的基本概念和公式；

-能够将万有引力定律应用于实际问题解决；

-培养了科学探究能力和实验技能；

-提升了逻辑思维和抽象思维能力；

-形成了科学的态度和价值观；

-增强了团队协作能力和信息技术应用能力。七、典型例题讲解1.例题一：地球表面重力加速度的计算

已知地球的半径为R=6.4×10^6m，地球的质量为M=5.98×10^24kg，万有引力常数为G=6.67×10^-11N·m^2/kg^2。求地球表面的重力加速度g。

解答：根据万有引力定律，地球表面的重力加速度g可以通过以下公式计算：

g=G*M/R^2

代入已知数值：

g=(6.67×10^-11N·m^2/kg^2)*(5.98×10^24kg)/(6.4×10^6m)^2

g≈9.81m/s^2

2.例题二：双星系统的周期计算

一对双星，质量分别为m1和m2，距离为L。已知双星的总质量M=m1+m2，求双星系统的轨道周期T。

解答：双星系统中的万有引力提供向心力，可以列出以下等式：

G*m1*m2/L^2=m1*v^2/r1=m2*v^2/r2

由于双星在轨道上做匀速圆周运动，所以轨道周期T与轨道半径r和线速度v有关：

T=2πr/v

结合以上关系，可以推导出双星系统的轨道周期T：

T=2π*√(L^3/(G*M))

3.例题三：卫星轨道高度的计算

一颗卫星绕地球做圆形轨道运动，轨道半径为r，地球的质量为M，卫星的质量为m。已知卫星的轨道周期为T，求卫星的轨道高度h。

解答：卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，可以列出以下等式：

G*M*m/r^2=m*v^2/r

卫星的轨道周期T与轨道半径r和线速度v有关：

T=2πr/v

结合以上关系，可以推导出卫星的轨道高度h：

h=√(r^3/(G*M))-r

4.例题四：地球对卫星的引力计算

一颗卫星绕地球做椭圆轨道运动，地球的质量为M，卫星的质量为m，卫星与地球的距离为r。求地球对卫星的引力F。

解答：地球对卫星的引力F可以通过万有引力定律计算：

F=G*M*m/r^2

5.例题五：月球对地球的引力计算

月球的质量为m1，地球的质量为m2，月球与地球的距离为r。求月球对地球的引力F。

解答：月球对地球的引力F可以通过万有引力定律计算：

F=G*m1*m2/r^2

注意：以上例题中的r表示卫星或月球与地球中心的距离，而非卫星或月球表面的距离。在实际计算中，需要根据具体情况确定r的值。八、内容逻辑关系1.万有引力定律的表述

①重点知识点：万有引力定律公式F=G*m1*m2/r^2

②重点词句：引力大小与距离平方成反比，与两物体质量乘积成正比

2.万有引力常数的概念

①重点知识点：万有引力常数G的数值和单位

②重点词句：G=6.67×10^-11N·m^2/kg^2

3.引力场的性质

①重点知识点：引力场是矢量场，方向指向负质量，大小与质量成正比

②重点词句：引力场强度E=G*M/r^2

4.万有引力定律的应用

①重点知识点：万有引力定律在卫星轨道计算中的应用

②重点词句：卫星轨道速度v=√(G*M/r)

5.万有引力定律的历史背景

①重点知识点：牛顿发现万有引力定律的历史背景

②重点词句：牛顿的苹果树故事，万有引力定律的提出

6.万有引力定律与牛顿第三定律的关系

①重点知识点：万有引力定律与牛顿第三定律的内在联系

②重点词句：作用力与反作用力相等、方向相反

7.万有引力定律在相对论框架下的修正

①重点知识点：广义相对论对万有引力定律的修正

②重点词句：引力场弯曲时空，引力波的概念反思改进措施反思改进措施（一）教学特色创新

1.创设情境，激发兴趣

在导入新课时，我尝试通过播放与万有引力定律相关的视频，将学生的注意力吸引到宇宙航行的奇妙世界，激发他们对物理学科的兴趣。同时，结合历史故事，如牛顿的苹果树，让学生感受到科学发现的魅力。

2.实验探究，提升能力

在实践活动中，我鼓励学生分组进行实验，通过亲自操作和观察，验证万有引力定律的正确性。这种实验探究的方式不仅能够帮助学生理解抽象的物理概念，还能提高他们的动手能力和科学探究能力。

反思改进措施（二）存在主要问题

1.教学深度不足

在讲解万有引力定律时，我发现部分学生对引力场的概念理解不够深入，对于引力场与电场、磁场的关系把握不准。这说明我在教学过程中对知识点的深度挖掘还不够，需要进一步加强。

2.学生参与度不高

在小组讨论环节，我发现有些学生参与度不高，讨论气氛不够热烈。这可能是因为我对讨论环节的引导和激励不够，需要我在今后的教学中更加注重激发学生的主动性和参与感。

3.评价方式单一

目前，我的评价方式主要依赖于课堂表现和作业完成情况，缺乏对学生实际应用能力的评价。为了更全面地了解学生的学习效果，我需要引入多元化的评价方式。

反思改进措施（三）改进措施

1.深化教学内容，拓展知识面

在今后的教学中，我将更加注重对引力场概念的解释和拓展，通过引入更多的实例和类比，帮助学生更好地理解引力场的性质。同时，结合电磁场和磁场的知识，让学生建立起物理知识之间的联系。

2.提高学生参与度，活跃课堂氛围

为了提高学生的参与度，我将设计更多互动环节，如小组竞赛、角色扮演等，让学生在轻松愉快的氛围中学习。此外，我还将加强对学生的个别指导，确保每个学生都能参与到课堂活动中来。

3.多元化评价方式，全面了解学生

为了更全面地评价学生的学习效果，我将引入实验报告、项目展示、口头报告等多种评价方式，关注学生的实际应用能力和创新思维。同时，我将与家长保持沟通，共同关注学生的成长和发展。课堂小结，当堂检测课堂小结：

今天我们学习了万有引力定律，这是一个非常重要的物理定律，它揭示了天体之间引力的基本规律。通过这节课的学习，我们了解到：

1.万有引力定律的表述：两个物体之间的引力大小与它们的质量乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。

2.万有引力常数的概念和测量方法：万有引力常数G是一个物理常数，其数值约为6.67×10^-11N·m^2/kg^2。我们可以通过实验测量万有引力常数，如卡文迪许实验。

3.引力场的性质：引力场是一个矢量场，其方向指向负质量，大小与质量成正比。

4.万有引力定律的应用：我们可以用万有引力定律来计算天体的轨道速度、周期、高度等，以及解释和预测天体的运动轨迹。

当堂检测：

1.请写出万有引力定律的数学表达式。

答案：F=G*m1*m2/r^2

2.地球的质量为5.98×10^24kg，地球半径为6.4×10^6m，求地球表面的重力加速度g。

答案：g=9.81m/s^2

3.一颗卫星绕地球做圆形轨道运动，轨道半径为r=7.5×10^6m，地球的质量为M=5.98×10^24kg。求卫星的轨道周