2024-2025学年新教材高中物理 第七章 万有引力与宇宙航行 3 万有引力理论的成就教学实录 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3万有引力理论的成就教学实录新人教版必修2主备人备课成员课程基本信息1.课程名称：万有引力与宇宙航行

2.教学年级和班级：高中二年级

3.授课时间：2024年9月20日星期四第2节课

4.教学时数：1课时核心素养目标分析本节课旨在培养学生科学探究精神、科学思维能力和科学态度与责任。学生将通过探究万有引力定律的历史背景和科学方法，提升对科学规律的认知和理解，培养运用数学工具解决物理问题的能力，同时增强对宇宙探索的兴趣和责任感。重点难点及解决办法重点：

1.万有引力定律的内容和意义

解决办法：通过实验演示和数学推导，让学生直观理解定律的内涵和宇宙尺度的应用。

难点：

1.引力常数的测定与万有引力定律的验证

解决办法：结合历史案例，展示科学家如何通过实验测定引力常数，并引导学生思考实验设计的原则和方法。

2.万有引力定律在航天中的应用

解决办法：通过实例分析，如人造卫星轨道计算，让学生理解定律在实际问题中的具体应用，并培养学生的逻辑推理能力。学具准备Xxx课型新授课教法学法讲授法课时第一课时师生互动设计二次备课教学方法与手段教学方法：

1.讲授法：系统讲解万有引力定律的物理意义和科学史，帮助学生构建知识框架。

2.讨论法：组织学生围绕引力常数的测定方法进行讨论，培养批判性思维。

3.实验法：通过模拟实验展示万有引力的作用，加深学生对定律的理解。

教学手段：

1.多媒体演示：使用视频和动画展示宇宙航行实例，提高学生的学习兴趣。

2.虚拟实验软件：利用教学软件进行虚拟实验，增强学生的动手能力和空间想象能力。

3.网络资源：整合网络资源，如在线课程和科普文章，拓展学生的知识面。教学流程1.导入新课（用时5分钟）

-展示宇宙图片，引导学生思考宇宙中的物体是如何相互作用的。

-提问：你们知道地球上的物体为什么会受到重力作用吗？这背后的原理是什么？

-引出牛顿的万有引力定律，介绍其发现背景和重要意义。

2.新课讲授（用时15分钟）

-第一部分：牛顿的万有引力定律

-讲解万有引力定律的基本内容，包括引力公式和适用范围。

-通过实例分析，如地球对月球的引力，帮助学生理解定律的应用。

-展示牛顿发现万有引力定律的过程，强调科学探究的重要性。

-第二部分：引力常数的测定

-介绍卡文迪许实验，讲解如何测定引力常数。

-分析实验原理和步骤，强调实验设计的关键点。

-讨论实验误差的来源和减小误差的方法。

-第三部分：万有引力定律在航天中的应用

-以人造卫星为例，讲解万有引力定律在航天技术中的应用。

-讲解卫星轨道计算的基本原理和方法。

-分析卫星发射和运行过程中的实际问题，如轨道调整和燃料消耗。

3.实践活动（用时10分钟）

-第一项：模拟实验

-学生分组进行模拟实验，观察不同质量的物体在相同距离下的引力作用。

-讨论实验结果，分析影响引力的因素。

-第二项：计算练习

-学生独立完成万有引力定律的应用计算题，如计算两颗行星之间的引力。

-教师巡视指导，解答学生的疑问。

-第三项：小组讨论

-学生分组讨论万有引力定律在生活中的应用，如天气预报、地质勘探等。

4.学生小组讨论（用时10分钟）

-第一方面：引力常数的测定

-学生讨论如何设计实验来测定引力常数，提出可能的实验方案。

-举例回答：如何通过改变物体质量和距离来测量引力，如何减小实验误差。

-第二方面：万有引力定律的适用范围

-学生讨论万有引力定律在不同情境下的适用性。

-举例回答：在地球表面和太空中，万有引力定律是否适用，为什么。

-第三方面：万有引力定律的历史意义

-学生讨论万有引力定律对科学发展的影响。

-举例回答：牛顿的万有引力定律如何推动了天文学和物理学的发展。

5.总结回顾（用时5分钟）

-教师总结本节课的重点内容，强调万有引力定律的重要性。

-回顾本节课的难点，如引力常数的测定和万有引力定律在航天中的应用。

-引导学生思考万有引力定律在日常生活中的应用，激发学生对科学的兴趣。

-鼓励学生在课后继续探索万有引力定律的更多应用和科学原理。

教学流程总用时：45分钟知识点梳理1.万有引力定律的基本内容

-引力公式：\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)，其中\(F\)是两个物体间的引力，\(G\)是万有引力常数，\(m_1\)和\(m_2\)是两个物体的质量，\(r\)是两个物体间的距离。

-引力是作用在所有具有质量的物体之间的力，与物体的质量成正比，与距离的平方成反比。

2.引力常数的测定

-卡文迪许实验：通过测量两个小铅球之间的引力，计算地球的平均密度，进而得到引力常数\(G\)的值。

-引力常数\(G\)的数值约为\(6.674\times10^{-11}\,\text{N}\cdot\text{m}^2\cdot\text{kg}^{-2}\)。

3.万有引力定律的应用

-天体运动：描述行星、卫星等天体的运动轨迹，解释天体的轨道周期和椭圆形状。

-地球表面重力：计算地球表面的重力加速度，解释为什么物体会落向地面。

-航天技术：设计卫星轨道，计算宇宙飞船的发射速度和燃料需求。

4.万有引力定律的历史意义

-牛顿的万有引力定律是物理学史上的一个里程碑，它统一了地面上物体的重力和天体运动。

-定律的提出为后来的天文学和物理学研究提供了理论基础。

5.引力与质量的分布

-在行星系统中，万有引力定律可以用来计算行星的质量。

-在星系中，万有引力定律可以用来研究星系的质量分布和结构。

6.引力势能

-引力势能是两个质点之间的势能，与它们之间的距离有关。

-引力势能的公式为\(U=-\frac{Gm_1m_2}{r}\)，其中\(U\)是引力势能，\(r\)是质点间的距离。

7.引力场

-引力场是描述引力在空间中分布的状态，任何具有质量的物体都会在引力场中产生引力作用。

-引力场强度是描述引力场在空间某点的力的强度。

8.宇宙航行中的引力效应

-地球轨道上的卫星受到地球的万有引力作用，保持圆周运动。

-宇宙飞船在逃离地球引力时，需要达到第二宇宙速度，即约11.2公里/秒。教学反思教学反思是对教学过程的一种思考，它帮助教师总结经验，改进教学方法，提高教学质量。以下是我对本节课的几点反思：

首先，我在导入新课环节的设计上，通过展示宇宙图片和提问的方式，成功地激发了学生的兴趣。学生们对宇宙充满了好奇，这让我意识到，作为教师，我们需要善于抓住学生的兴趣点，引导他们进入学习的状态。

其次，在新课讲授环节，我注意到学生对引力常数的测定和万有引力定律在航天中的应用理解起来有些困难。在讲解引力常数的测定时，我可能没有足够的时间让学生充分理解实验的原理和步骤，因此，我计划在下节课中增加一个实验演示环节，让学生亲自动手操作，加深理解。

在实践活动环节，我发现学生们的参与度很高，他们通过模拟实验和计算练习，对万有引力定律有了更直观的认识。然而，我也注意到一些学生对于复杂计算感到吃力，我意识到需要加强对基础数学知识的复习和巩固，以便学生能够更好地应用数学工具解决物理问题。

在小组讨论环节，学生们提出了许多有趣的问题，比如如何通过实验测定引力常数，以及万有引力定律在生活中的应用。这些讨论让我看到了学生们的创造力和思考能力，同时也让我反思如何更好地引导学生进行深入的讨论和思考。

在教学过程中，我也发现了一些不足之处。例如，在讲解万有引力定律的应用时，我可能过于侧重于理论讲解，而忽略了实际生活中的应用实例。为了改进这一点，我计划在未来的教学中，更多地结合实际案例，让学生看到物理知识的实际价值。

此外，我还注意到部分学生在课堂上的参与度不高，可能是因为他们对物理学科的兴趣不足或者学习方法不当。为了提高这些学生的学习积极性，我计划在课后与他们进行一对一的交流，了解他们的学习困难和需求，并提供个性化的帮助。板书设计①万有引力定律

-定律公式：\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)

-引力常数：\(G\approx6.674\times10^{-11}\,\text{N}\cdot\text{m}^2\cdot\text{kg}^{-2}\)

-质量与距离的关系：与质量成正比，与距离的平方成反比

②引力常数的测定

-卡文迪许实验：通过测量两个小铅球之间的引力，计算地球的平均密度

-实验原理：利用扭秤测量微小力矩，推导出引力常数

③万有引力定律的应用

-天体运动：行星轨道、卫星周期

-地球表面重力：重力加速度计算

-航天技术：卫星轨道设计、宇宙飞船发射速度计算课堂1.课堂评价

在课堂教学中，我采取了多种评价方式来了解学生的学习情况，并及时发现问题进行解决。

（1）提问：通过提问，我能够检验学生对万有引力定律的理解程度。例如，我会问：“谁能解释一下引力常数的物理意义？”或者“为什么说万有引力定律是物理学史上的一个里程碑？”这样的问题不仅能够帮助学生巩固知识，还能激发他们的思考。

（2）观察：在课堂上，我密切观察学生的反应和参与度。例如，当进行小组讨论时，我会注意学生是否积极参与，是否能够提出有建设性的意见。通过观察，我可以了解学生的学习态度和合作能力。

（3）测试：在课程的最后，我会进行简短的测试，以评估学生对本节课内容的掌握情况。测试形式可以是选择题、填空题或者简答题，题目内容与课堂讲授的知识点紧密相关。

2.作业评价

对于学生的作业，我进行了认真的批改和点评，并及时反馈学生的学习效果。

（1）批改：我会仔细检查每个学生的作业，确保他们理解了作业的要求。对于错误，我会用红笔标注，并在旁边写上纠正的方法。

（2）点评：在批改作业的同时，我会给出具体的点评，鼓励学生继续努力。例如，对于正确答案，我会写上“很好，继续保持！”对于有创意的解答，我会写上“很有想法，继续探索！”

（3）反馈：我会定期与学生交流作业情况，特别是对于那些作业完成质量不高或者有困难的学生，我会给予个别指导，帮助他们找到学习上的问题所在。典型例题讲解1.例题：地球表面附近的重力加速度为\(g\)，一个质量为\(m\)的物体在地球表面受到的重力为\(F_g\)。求地球的质量\(M\)。

解答：根据万有引力定律，物体在地球表面受到的重力可以表示为：

\[F_g=G\frac{Mm}{R^2}\]

其中，\(G\)是万有引力常数，\(R\)是地球的半径。重力加速度\(g\)定义为：

\[g=\frac{F_g}{m}\]

将重力加速度的定义代入万有引力公式，得到：

\[g=G\frac{M}{R^2}\]

解得地球的质量\(M\)为：

\[M=\frac{gR^2}{G}\]

2.例题：两颗行星的质量分别为\(m_1\)和\(m_2\)，它们之间的距离为\(r\)。若它们之间的引力为\(F\)，求万有引力常数\(G\)。

解答：根据万有引力定律，两颗行星之间的引力可以表示为：

\[F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\]

解得万有引力常数\(G\)为：

\[G=\frac{Fr^2}{m_1m_2}\]

3.例题：一颗人造卫星绕地球做匀速圆周运动，轨道半径为\(r\)，周期为\(T\)。求地球的质量\(M\)。

解答：卫星受到的向心力由地球的万有引力提供，即：

\[G\frac{Mm}{r^2}=m\frac{v^2}{r}\]

其中，\(v\)是卫星的线速度。卫星的线速度\(v\)与周期\(T\)的关系为：

\[v=\frac{2\pir}{T}\]

将线速度代入向心力公式，得到：

\[G\frac{M}{r^2}=\frac{(2\pir)^2}{T^2r}\]

解得地球的质量\(M\)为：

\[M=\frac{4\pi^2r^3}{GT^2}\]

4.例题：一个质量为\(m\)的物体从地球表面发射，以初速度\(v_0\)垂直向上发射。求物体能够达到的最大高度\(h\)。

解答：物体在上升过程中，其动能