2024-2025学年高中物理 第三章 万有引力定律 1 天体运动教学实录1 教科版必修2

2024-2025学年高中物理第三章万有引力定律1天体运动教学实录1教科版必修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

2.教学年级和班级：高一（1）班

3.授课时间：2024年9月15日星期一第2节课

4.教学时数：1课时核心素养目标1.科学思维：培养学生运用物理模型解释天体运动现象的能力，提高逻辑推理和抽象思维能力。

2.科学探究：通过实验和数据分析，引导学生探究万有引力定律的发现过程，培养实验操作和数据分析能力。

3.科学态度与责任：引导学生理解宇宙中物体间相互作用的普遍性，培养对科学知识的敬畏和对自然现象的探究精神。教学难点与重点1.教学重点：

-重点讲解牛顿万有引力定律的公式推导过程，使学生理解引力与质量、距离的关系。

-强调地球表面重力加速度与万有引力定律的关系，以及如何应用万有引力定律计算天体间的距离。

-举例说明如何运用万有引力定律解释开普勒行星运动定律，特别是第一定律和第三定律。

2.教学难点：

-难点一：万有引力常数的测定及其在公式中的应用。学生可能难以理解如何通过实验测定万有引力常数G，以及如何在计算中正确使用它。

-难点二：万有引力定律在非惯性参考系中的应用。学生可能难以理解如何将万有引力定律应用于非惯性参考系，例如地球自转对物体引力的影响。

-难点三：双星问题和三体问题的解析。这些复杂的天体运动问题可能超出学生的理解范围，需要教师通过简化模型或动画演示来帮助学生理解。教学方法与手段教学方法：

1.讲授法：通过清晰的讲解，阐述万有引力定律的基本原理和公式推导。

2.讨论法：引导学生就万有引力定律在不同情境下的应用进行讨论，如行星运动、卫星轨道等。

3.实验法：设计简单实验，如使用弹簧秤和不同质量的物体，让学生观察和测量引力变化。

教学手段：

1.多媒体展示：利用PPT展示天体运动图片和动画，直观展示引力作用效果。

2.教学软件：使用天体物理模拟软件，让学生在虚拟环境中操作，体验引力定律的实际应用。

3.互动平台：利用在线平台进行实时互动，解答学生疑问，促进课堂讨论。教学过程1.导入（约5分钟）

-激发兴趣：以“夜空中闪烁的星星，它们是如何相互作用的呢？”这样的问题引入，激发学生对天体运动的兴趣。

-回顾旧知：简要回顾牛顿运动定律和开普勒行星运动定律，为万有引力定律的学习奠定基础。

2.新课呈现（约25分钟）

-讲解新知：

a.介绍牛顿万有引力定律的提出背景和历史意义。

b.详细讲解牛顿万有引力定律的公式推导过程，包括质量、距离和引力常数的概念。

c.解释地球表面重力加速度与万有引力定律的关系。

-举例说明：

a.通过地球和月球之间的引力作用，解释潮汐现象。

b.利用开普勒行星运动定律，说明万有引力定律在解释行星运动中的作用。

-互动探究：

a.分组讨论：让学生分组讨论万有引力定律在实际生活中的应用，如卫星发射、航天器轨道设计等。

b.实验演示：展示如何使用弹簧秤和不同质量的物体进行引力实验，观察和记录数据。

3.巩固练习（约20分钟）

-学生活动：

a.完成课堂练习题，包括计算题和应用题。

b.通过小组合作，完成一个与万有引力定律相关的项目，如设计一个简单的卫星轨道模拟器。

-教师指导：

a.对学生的练习进行个别指导，解答学生在理解和应用知识时遇到的问题。

b.针对学生在实验中遇到的问题，提供帮助和解决方案。

4.总结与拓展（约5分钟）

-总结本节课的重点内容，强调万有引力定律的重要性。

-提出拓展问题，如如何将万有引力定律应用于黑洞和暗物质的研究。

5.课后作业（约10分钟）

-布置相关练习题，巩固学生对万有引力定律的理解和应用。

-鼓励学生查阅资料，了解万有引力定律在现代科学研究和航天技术中的应用。知识点梳理1.万有引力定律的基本概念

-引力的定义：宇宙中任何两个物体之间都存在相互吸引的力，称为引力。

-引力公式：F=G*(m1*m2)/r^2，其中F是引力，G是万有引力常数，m1和m2是两个物体的质量，r是它们之间的距离。

2.万有引力常数G

-G的数值：6.67430×10^-11N(m/kg)^2。

-G的测定：通过卡文迪许实验首次测定。

3.地球表面重力加速度

-重力加速度的定义：物体在地球表面受到的引力与其质量的比值。

-地球表面重力加速度的数值：约9.8m/s^2。

4.天体运动与万有引力定律的关系

-开普勒第一定律：行星围绕太阳运动的轨道是椭圆形的，太阳位于椭圆的一个焦点上。

-开普勒第二定律：行星与太阳的连线在相同时间内扫过相同的面积。

-开普勒第三定律：行星绕太阳运动的轨道周期的平方与其轨道半长轴的立方成正比。

5.万有引力定律的应用

-潮汐现象：由于月球和太阳对地球的引力作用，引起地球上的潮汐。

-卫星轨道：计算卫星轨道的半径和周期，以及发射速度。

-黑洞研究：利用万有引力定律研究黑洞的质量和引力特性。

6.引力与质量的关系

-质量越大，引力越大。

-引力与质量的乘积成正比。

7.引力与距离的关系

-引力与距离的平方成反比。

-距离越远，引力越小。

8.引力场和势能

-引力场：在引力作用下，物体所受的力与位置的关系。

-势能：物体在引力场中由于位置变化而具有的能量。

9.引力与电磁力的区别

-引力是长程力，作用范围无限。

-电磁力是短程力，作用范围有限。

10.万有引力定律的历史背景

-牛顿提出万有引力定律的背景：对行星运动的研究和开普勒定律的应用。

-万有引力定律的提出对物理学发展的重要性。课堂小结，当堂检测课堂小结：

1.回顾本节课的核心内容，强调牛顿万有引力定律的重要性及其在天体运动中的应用。

2.总结万有引力定律的公式及其推导过程，包括质量、距离和引力常数G的概念。

3.讨论地球表面重力加速度与万有引力定律的关系，以及如何应用该定律计算天体间的距离。

4.强调开普勒行星运动定律与万有引力定律的联系，特别是第一定律和第三定律。

5.提醒学生万有引力定律在解释潮汐现象、卫星轨道设计等方面的实际应用。

当堂检测：

1.单选题：以下哪个选项是万有引力定律的公式？

A.F=k*(m1*m2)/r^2

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

C.F=m1*m2/r^2

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

2.计算题：已知地球半径为6371公里，月球半径为1738公里，地球和月球之间的平均距离为384,400公里，计算地球和月球之间的引力（万有引力常数G取6.67430×10^-11N(m/kg)^2）。

3.应用题：假设一个卫星在地球轨道上运行，其轨道半径为地球半径的6倍，计算该卫星的运行周期（地球自转周期为24小时）。

4.判断题：万有引力定律只适用于地球和月球之间的引力作用。（正确/错误）

5.简答题：简述万有引力定律在航天技术中的应用。重点题型整理1.题型一：万有引力定律的应用

-题目：一个质量为2kg的物体与一个质量为5kg的物体之间的距离为10m，万有引力常数为6.67430×10^-11N(m/kg)^2，计算这两个物体之间的引力。

-解答：使用万有引力定律公式F=G*(m1*m2)/r^2，代入数值得到F=(6.67430×10^-11N(m/kg)^2)*(2kg*5kg)/(10m)^2=6.67430×10^-12N。

2.题型二：地球表面重力加速度的计算

-题目：已知地球的半径为6.371×10^6m，地球的质量为5.972×10^24kg，计算地球表面的重力加速度。

-解答：使用地球表面重力加速度公式g=G*(M地球)/r^2，代入数值得到g=(6.67430×10^-11N(m/kg)^2)*(5.972×10^24kg)/(6.371×10^6m)^2≈9.8m/s^2。

3.题型三：开普勒第三定律的应用

-题目：已知木星的轨道半径是地球轨道半径的10倍，如果地球的公转周期是1年，计算木星的公转周期。

-解答：根据开普勒第三定律T^2∝a^3，其中T是公转周期，a是轨道半长轴。设地球的公转周期为T地球，轨道半径为a地球，木星的公转周期为T木星，轨道半径为a木星，则有(T地球)^2/(a地球)^3=(T木星)^2/(a木星)^3。代入数值得到T木星=√[(a木星)^3/(a地球)^3]*T地球=√[(10*a地球)^3/(a地球)^3]*1年=√10^3*1年=31.6年。

4.题型四：卫星轨道周期的计算

-题目：一颗卫星在距离地球表面高度为300km的轨道上运行，地球半径为6.371×10^6m，计算该卫星的公转周期。

-解答：卫星轨道半径为地球半径加上高度，即r=6.371×10^6m+300×10^3m=6.671×10^6m。使用开普勒第三定律计算周期，T^2=(4π^2*r^3)/(G*M地球)，其中M地球是地球质量，G是万有引力常数。代入数值得到T=√[(4π^2*(6.671×10^6m)^3)/(6.67430×10^-11N(m/kg)^2*5.972×10^24kg)]≈1.58小时。

5.题型五：双星系统的轨道周期和轨道半径

-题目：一个双星系统由两个质量分别为m1和m2的星体组成，它们之间的距离为r，计算双星系统的轨道周期。

-解答：双星系统的引力提供了向心力，即G*(m1*m2)/r^2=m1*ω^2*r，其中ω是角速度。轨道周期T与角速度ω的关系为T=2π/ω。将引力公式代入得到ω=√(G*(m1+m2)/r^3)。代入轨道周期的公式得到T=2π*√(r^3/(G*(m1+m2)))。反思改进措施反思改进措施（一）教学特色创新

1.联系实际，激发兴趣：我在教学中尝试将物理知识与学生的日常生活相联系，比如通过解释生活中常见的现象，如电梯的升降、抛物线运动等，来激发学生对物理现象的好奇心和兴趣。

2.多媒体辅助，直观教学：利用多媒体技术，通过动画、视频等形式展示复杂的物理过程，如地球引力场、行星运动轨迹等，帮助学生直观理解抽象的物理概念。

反思改进措施（二）存在主要问题

1.学生参与度不足：我发现有些学生在课堂上不太积极参与讨论和实验，可能是由于他们对某些物理概念理解不够深入，或者对物理学习缺乏信心。

2.教学方法单一：我主要采用讲授法，虽然能系统地传授知识，但可能忽视了学生的主动学习和探究能力培养。

3.评价方式局限：目前的评价方式主要依赖于书面测试，这可能导致学生对知识的实际应用能力没有得到充分的锻炼。

反思改进措施（三）改进措施

1.丰富教学活动，提高学生参与度：我将设计更多互动式教学活动，如小组讨论、角色扮演、实验竞赛等，鼓励学生积极参与课堂讨论和实践操作。

2.采用多元化教学方法，培养学生的探究能力：我会尝试引入探究式学习，让学生通过提出问题、设计实验、收集和分析数据来主动学习物理知识。

3.完善评价体系，注重学生综合素质：我将采用多元化的评价方式，包括课堂表现、实验报告、项目作业等，全面评估学生的知识掌握程度和实际应用能力。同时，我也将关注学生的团队合作能力和创新思维培养。内容逻辑关系①牛顿万有引力定律的基本概念

-引力的定义：宇宙中任何两个物体之间都存在相互吸引的力，称为引力。

-引力公式：F=G*(m1*m2)/r^2

-万有引力常数G：6.67430×10^-11N(m/kg)^2

②地球表面重力加速度

-重力加速度的定义：物体在地球表面受到的引力与其质量的比值。

-地球表面重力加速度的数值：约9.8m/s^2

-重力加速度与万有引力定律的关系：g=G*(M地球)/r^2

③天体运动与万有引力定律的关系

-开普勒第一定律：行星围绕太阳运动的轨道是椭圆形的，太阳位于椭圆的一个焦点上。

-开普勒第二定律：行星与太阳的连线在相同时间内扫过相同的面积。

-开普勒第三定律：行星绕太阳运动的轨道周期的平方与其轨道半长轴的立方成正比。

-万有引力定律与开普勒定律的联系：万有引力定律是开普勒定律的理论基础。

④万有引力定律的应用

-潮汐现象：月球和太阳对地球的引力作用引起的潮汐。

-卫星轨道：计算卫星轨道的半径和周期，以及发射速度。

-黑洞研