2024-2025学年新教材高中物理 第七章 万有引力与宇宙航行 2 万有引力定律教学实录 新人教版必修2

2024-2025学年新教材高中物理第七章万有引力与宇宙航行2万有引力定律教学实录新人教版必修2学校授课教师课时授课班级授课地点教具教材分析2024-2025学年新教材高中物理第七章“万有引力与宇宙航行”第二节“万有引力定律”的教学实录，新人教版必修2。本节教材通过牛顿万有引力定律的发现过程，引导学生理解万有引力定律的基本原理，并应用于解决实际问题。教学过程中，注重理论联系实际，培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。核心素养目标1.培养学生运用科学探究方法，理解科学知识的发展过程。

2.提升学生运用数学工具解决物理问题的能力。

3.增强学生运用物理知识解释自然现象和解决实际问题的意识。

4.培养学生科学思维和批判性思维能力，理解科学、技术、社会、环境之间的关系。重点难点及解决办法重点：

1.牛顿万有引力定律的物理意义及其适用范围。

2.万有引力定律公式的推导和应用。

难点：

1.万有引力定律公式的推导过程，包括数学运算和物理概念的理解。

2.万有引力定律在复杂问题中的应用，如多星体系统中的引力平衡。

解决办法：

1.通过历史背景介绍，帮助学生理解万有引力定律的发现过程，增强学生对物理规律的理解。

2.通过实际案例和实例，引导学生逐步推导万有引力定律公式，加强数学与物理的结合。

3.设计分层练习，从基础到复杂，逐步提升学生的应用能力。

4.利用多媒体教学，直观展示引力作用效果，帮助学生克服视觉理解困难。教学资源准备1.教材：确保每位学生都备有新人教版必修2《物理》教材，包含本章相关内容。

2.辅助材料：准备牛顿万有引力定律的相关图片、图表，以及宇宙航行实例视频。

3.实验器材：准备演示万有引力定律的物理模型或动画软件，以便于直观展示引力作用。

4.教室布置：设置分组讨论区，配备白板或黑板，方便展示推导过程和讨论。教学流程1.导入新课

详细内容：

（5分钟）

-创设情境：播放宇宙航行的视频，引导学生思考航天器是如何在太空中运动的。

-提问：航天器在太空中运动时，会受到哪些力的作用？这些力是如何产生的？

-引出课题：今天我们来学习万有引力定律，探究宇宙中物体之间的相互作用。

2.新课讲授

详细内容：

（15分钟）

-牛顿万有引力定律的提出：

-简述牛顿在研究天体运动过程中，如何通过观察和实验，总结出万有引力定律。

-引导学生理解万有引力定律的表述：两个质点之间的引力与它们的质量乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。

-万有引力定律公式的推导：

-通过类比牛顿第二定律，引导学生推导万有引力定律的数学表达式。

-强调推导过程中公式的单位一致性和物理意义。

-万有引力定律的应用：

-举例说明万有引力定律在地球表面和天体运动中的应用。

-分析月球绕地球运动的周期和轨道半径，验证万有引力定律的正确性。

3.实践活动

详细内容：

（15分钟）

-小组讨论：

1.讨论万有引力定律的适用范围，例如在地球表面、太阳系内以及宇宙尺度下的适用性。

2.分析地球表面重力加速度与地球半径的关系，推导出地球质量的表达式。

3.讨论万有引力定律在航天器发射和运行过程中的应用，如轨道计算、姿态调整等。

-案例分析：

1.分析月球探测器的轨道设计，说明如何利用万有引力定律调整轨道。

2.讨论地球同步卫星的轨道特点，说明如何利用万有引力定律实现与地球自转同步。

3.分析行星运动的开普勒定律，说明万有引力定律在行星运动研究中的应用。

-实验演示：

1.通过实验演示，观察不同质量物体之间的引力作用，验证万有引力定律。

2.利用物理模型或动画软件，展示万有引力场中的物体运动轨迹。

3.通过实验数据，分析万有引力定律在特定条件下的应用效果。

4.学生小组讨论

写3方面内容举例回答：

（5分钟）

-万有引力定律的适用范围：

-学生回答：万有引力定律适用于所有物体，包括宏观物体和微观粒子。

-地球表面重力加速度的计算：

-学生回答：通过万有引力定律，可以计算出地球表面重力加速度为9.8m/s²。

-航天器轨道设计的应用：

-学生回答：航天器轨道设计需要考虑万有引力定律，以确保其在预定轨道上运行。

5.总结回顾

内容：

（5分钟）

-回顾本节课所学内容，强调牛顿万有引力定律的重要性和应用价值。

-总结万有引力定律的物理意义，包括描述物体间的相互作用和解释天体运动规律。

-鼓励学生在课后继续探索万有引力定律在其他领域的应用，如地质学、生物学等。

-强调本节课的重难点，如万有引力定律公式的推导和复杂问题中的应用。

-用时：45分钟学生学习效果学习后，学生在以下几个方面取得了显著的效果：

1.理解万有引力定律的基本原理：

-学生能够清晰地理解万有引力定律的表述，即两个质点之间的引力与它们的质量乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。

-学生能够运用万有引力定律解释日常生活中的现象，如物体下落、卫星绕地球运动等。

2.掌握万有引力定律的推导过程：

-学生通过课堂讲解和小组讨论，掌握了万有引力定律的数学推导过程，包括牛顿第二定律的应用和数学公式的运用。

-学生能够独立完成万有引力定律公式的推导，并理解推导过程中的物理意义。

3.应用万有引力定律解决实际问题：

-学生能够将万有引力定律应用于解决实际问题，如计算地球表面重力加速度、分析卫星轨道等。

-学生在实践活动和案例分析中，能够运用所学知识解释和预测自然现象，如行星运动、潮汐现象等。

4.培养科学探究能力和批判性思维：

-学生通过参与课堂讨论、实验演示和案例分析，培养了科学探究的能力，学会了如何提出问题、设计实验和收集数据。

-学生在分析问题和解决问题时，能够运用批判性思维，对所学知识进行评估和反思。

5.提升数学与物理的结合能力：

-学生在推导万有引力定律公式时，加深了对数学工具的理解和应用，如代数、几何和三角函数。

-学生能够将物理问题转化为数学问题，并运用数学方法求解，提升了数学与物理的结合能力。

6.增强对宇宙和自然现象的认识：

-学生通过学习万有引力定律，对宇宙和自然现象有了更深入的认识，如地球与月球、太阳系内行星的运动规律。

-学生能够理解天体运动背后的物理原理，对宇宙的奥秘产生浓厚的兴趣。

7.培养团队合作和沟通能力：

-学生在小组讨论和合作活动中，学会了与他人分享观点、倾听他人意见，并共同解决问题。

-学生通过团队合作，提升了沟通能力和协作能力，为未来的学习和工作打下了基础。课后作业1.作业内容：请推导出地球表面重力加速度的表达式，并计算地球表面重力加速度的数值。

解答示例：

-已知地球半径\(R\)和地球质量\(M\)，根据万有引力定律\(F=G\frac{Mm}{R^2}\)，其中\(G\)为万有引力常数。

-在地球表面，物体所受重力\(F\)等于其质量\(m\)乘以重力加速度\(g\)，即\(F=mg\)。

-将两个等式联立，得到\(mg=G\frac{Mm}{R^2}\)。

-消去\(m\)，得到\(g=G\frac{M}{R^2}\)。

-代入\(G\approx6.67430\times10^{-11}\,\text{N}\cdot\text{m}^2/\text{kg}^2\)，\(M\approx5.972\times10^{24}\,\text{kg}\)，\(R\approx6.371\times10^6\,\text{m}\)，计算得到\(g\approx9.8\,\text{m/s}^2\)。

2.作业内容：计算两个质量分别为\(m_1=2\,\text{kg}\)和\(m_2=3\,\text{kg}\)的物体之间的万有引力。

解答示例：

-使用万有引力定律公式\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)，其中\(r\)为两物体间的距离。

-假设两物体相距\(r=1\,\text{m}\)，则\(F=6.67430\times10^{-11}\frac{2\times3}{1^2}\approx3.9942\times10^{-10}\,\text{N}\)。

3.作业内容：一个质量为\(5\,\text{kg}\)的物体在距离地球表面\(100\,\text{km}\)的高度处，受到的地球引力是多少？

解答示例：

-地球半径\(R\approx6.371\times10^6\,\text{m}\)，物体距离地球表面的高度\(h=100\times10^3\,\text{m}\)。

-物体与地球中心的距离\(r=R+h=6.471\times10^6\,\text{m}\)。

-使用万有引力定律公式\(F=G\frac{Mm}{r^2}\)，其中\(M\)为地球质量，\(m\)为物体质量。

-代入数值计算得到\(F\approx4.9\,\text{N}\)。

4.作业内容：一个质量为\(10\,\text{kg}\)的物体在月球表面受到的引力是多少？

解答示例：

-月球质量\(M_{\text{moon}}\approx7.342\times10^{22}\,\text{kg}\)，月球半径\(R_{\text{moon}}\approx1.737\times10^6\,\text{m}\)。

-使用万有引力定律公式\(F=G\frac{M_{\text{moon}}m}{R_{\text{moon}}^2}\)。

-代入数值计算得到\(F\approx1.62\,\text{N}\)。

5.作业内容：一个质量为\(1\,\text{kg}\)的物体在距离地球表面\(200\,\text{km}\)的高度处，如果地球质量增加\(10\%\)，物体受到的地球引力将如何变化？

解答示例：

-原始引力\(F=G\frac{Mm}{r^2}\)，其中\(M\)为原始地球质量。

-新的地球质量\(M'=1.1M\)。

-新的引力\(F'=G\frac{M'm}{r^2}=G\frac{1.1Mm}{r^2}=1.1F\)。

-因此，物体受到的地球引力将增加\(10\%\)。板书设计①万有引力定律的基本内容

-牛顿万有引力定律

-公式：\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)

-意义：描述两个质点之间的引力作用

②万有引力定律的应用

-地球表面重力加速度

-\(g=G\frac{M}{R^2}\)

-宇宙中的天体运动

-卫星轨道计算

③万有引力常数\(G\)

-值：\(G\approx6.67430\times10^{-11}\,\text{N}\cdot\text{m}^2/\text{kg}^2\)

-推导和测量

④万有引力定律的推导过程

-牛顿第二定律的类比

-数学推导步骤

-单位一致性

⑤实验验证和实例分析

-地球表面重力加速度的测量

-月球绕地球运动的周期和轨道半径

-行星运动的轨道特性教学反思今天上了这节关于万有引力定律的课，总体来说，我觉得效果还不错。首先，我觉得课堂氛围挺活跃的，学生们对于这个课题表现出了很高的兴趣。他们对于宇宙航行的视频特别感兴趣，这让我很高兴，因为这说明他们对科学探索有着浓厚的兴趣。

在导入新课的时候，我采用了视频的方式，我觉得这个方法挺有效的。学生们通过直观的视觉感受，对万有引力有了初步的认识。在讲解牛顿万有引力定律的时候，我发现学生们对于公式的推导过程有些吃力，这可能是因为他们对于数学公式的理解还不够深入。所以，我在讲解的过程中，尽量用简单的语言和实际的例子来帮助他们理解。

在实践活动环节，我安排了小组讨论和案例分析，学生们能够积极参与，这让我感到很欣慰。他们在讨论中提出了很多有见地的问题，比如如何将万有引力定律应用于航天器的轨道设计，这让我看到了他们对知识的渴望和运用能力。

不过，我也发现了一些问题。比如，在推导万有引力定律公式的时候，有些学生对于公式的单位一致性理解不够，这可能导致他们在计算中出现错误。因此，我决定在接下来的教学中，加强对单位换算和一致性检查的指导。

另外，我发现部分学生在分析复杂问题时，缺乏逻辑性和条理性。例如，在讨论地球同步卫星的轨道特点时，有些学生不能清晰地表达自己的观点。针对这个问题，我计划在未来的课堂上，增加逻辑思维训练的内容，比如通过辩论和案例分析来提升他们的逻辑思维能力。

在教学过程中，我还注意到一些学生对于万有引力定律的实际应用不太了解。为了解决这个问题，我计划在课后布置一些与实际应用相关的作业，比如计算卫星的轨道速度，这样可以帮助他们更好地理解物理知识在现实生活中的应用。课堂1.课堂评价：

-提问环节：通过提问，我能够及时了解学生对万有引力定律的理解程度。例如，我会问：“谁能解释一下什么是万有引力定律？”以及“你们认为万有引力定律在日常生活中有哪些应