广东省2024-2025年高中物理 学业水平测试冲A 第5章 万有引力定律 经典力学的成就与局限教学设计（含解析）

广东省2024-2025年高中物理学业水平测试冲A第5章万有引力定律经典力学的成就与局限教学设计（含解析）主备人备课成员课程基本信息1.课程名称：广东省2024-2025年高中物理学业水平测试冲A第5章万有引力定律经典力学的成就与局限教学设计（含解析）

2.教学年级和班级：高一年级全体学生

3.授课时间：2024年10月15日上午第二节课

4.教学时数：1课时

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亲爱的小伙伴们，大家好！今天我们要一起走进物理学的一个神奇世界，探索万有引力定律，领略经典力学的辉煌成就，同时也要正视它的局限。让我们一起踏上这趟知识之旅吧！🚀🌌核心素养目标分析在本节课中，我们旨在培养学生以下核心素养：

1.科学探究精神：通过实验和观察，引导学生提出问题、设计实验、分析数据，培养学生的探究能力。

2.科学思维：引导学生理解万有引力定律的内涵，培养逻辑推理、抽象思维和模型构建的能力。

3.科学态度与责任：让学生认识到经典力学的成就与局限，培养科学客观、严谨的态度，以及对社会科学的责任感。

4.科学、技术、社会与环境意识：引导学生思考物理学在科技发展和社会进步中的作用，提高学生对科学与社会关系的认识。教学难点与重点1.教学重点：

-重点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。

-掌握牛顿万有引力定律的数学表达式\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)，其中\(F\)是引力，\(G\)是引力常数，\(m_1\)和\(m_2\)是两个质点的质量，\(r\)是它们之间的距离。

-理解地球对物体的引力与重力之间的关系，以及如何计算地球表面物体的重力。

2.教学难点：

-理解万有引力定律的应用，特别是在非点质量分布的物体之间的引力计算上，例如地球对卫星的引力。

-掌握如何处理万有引力定律在复杂系统中的应用，如地球与其他天体之间的引力相互作用。

-理解万有引力定律与牛顿运动定律的结合，如何解释天体的运动轨迹，如行星的椭圆轨道。

-突破对万有引力定律局限性的认识，理解在高速运动或强引力场中，经典力学的不足，为后续学习相对论和量子力学打下基础。学具准备多媒体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资源准备1.教材：确保每位学生都备有《高中物理》教材，特别是第5章相关内容。

2.辅助材料：准备与万有引力定律相关的图片、图表，如地球与卫星的引力关系图，以及相关的物理实验视频。

3.实验器材：准备用于演示万有引力定律的模型或实验装置，如弹簧测力计、地球模型、卫星模型等。

4.教室布置：设置分组讨论区，方便学生进行小组讨论；在实验操作台布置实验器材，确保实验安全有序进行。教学过程1.导入（约5分钟）

-激发兴趣：同学们，你们有没有想过，为什么月亮总是围绕地球转？今天，我们就来揭开这个神秘现象的神秘面纱。首先，让我们回顾一下之前学过的关于天体运动的知识，看看能不能从中找到一些线索。（约2分钟）

-回顾旧知：在之前的课程中，我们学习了行星的运动规律，了解到开普勒定律。现在，我们将进一步探索这些规律背后的物理原理。（约3分钟）

2.新课呈现（约20分钟）

-讲解新知：现在，让我们来详细讲解万有引力定律。这个定律告诉我们，任何两个物体都会相互吸引，这种力称为引力。引力的大小与两个物体的质量成正比，与它们之间距离的平方成反比。这个关系可以用公式\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)来表示，其中\(F\)是引力，\(G\)是引力常数，\(m_1\)和\(m_2\)是两个物体的质量，\(r\)是它们之间的距离。（约5分钟）

-举例说明：为了帮助大家更好地理解这个概念，我们可以通过地球和月球之间的引力关系来举例。地球对月球的引力使得月球围绕地球转动，而月球对地球也有一个同样大小的引力，但因为我们离月球较远，所以感觉不到。（约5分钟）

-互动探究：现在，请大家分成小组，讨论一下地球对其他天体的引力是如何影响这些天体运动的。可以思考一下，为什么地球的引力可以使卫星保持在固定的轨道上？（约5分钟）

3.新课呈现（续）（约15分钟）

-讲解新知：接下来，我们将探讨万有引力定律的应用。例如，我们可以用这个定律来计算卫星的轨道高度，或者解释为什么地球上的物体会有重量。（约5分钟）

-举例说明：让我们来看一个实际例子，比如计算地球表面物体的重力。我们可以用万有引力定律来推导出地球表面重力加速度的表达式，并讨论为什么不同纬度的重力加速度会有所不同。（约5分钟）

-互动探究：现在，请每个小组设计一个实验，验证万有引力定律在简单情况下的正确性。比如，你可以用弹簧测力计来测量两个不同质量的物体之间的引力，并记录数据。（约5分钟）

4.巩固练习（约20分钟）

-学生活动：现在，请大家根据刚才的讨论和实验，尝试独立完成一些练习题，巩固对万有引力定律的理解和应用。（约15分钟）

-教师指导：在学生练习的过程中，我会巡视课堂，解答学生的问题，并提供必要的帮助。（约5分钟）

5.总结与反思（约5分钟）

-总结：今天，我们学习了万有引力定律，了解了它如何解释天体的运动。这个定律不仅是物理学的重要成就，也是我们理解宇宙的关键。（约2分钟）

-反思：请同学们思考一下，万有引力定律的局限性在哪里？在哪些情况下，我们需要使用更先进的理论来解释现象？（约3分钟）教学资源拓展1.拓展资源：

-天文学背景：介绍太阳系中其他行星的引力作用，以及它们对卫星的引力影响。例如，可以讨论木星和土星的引力如何影响其卫星的运动。

-地球物理学：探讨地球内部的重力场分布，以及重力场如何影响地球表面的地形和地质结构。

-宇宙学：简要介绍宇宙中的引力现象，如星系之间的引力作用和宇宙大爆炸理论中的引力作用。

-理论物理学：介绍广义相对论中引力场的概念，以及如何用几何语言描述引力。

2.拓展建议：

-阅读推荐书籍：《宇宙的奇迹：万有引力定律的故事》和《相对论的故事》，这些书籍以通俗易懂的方式介绍了万有引力定律及其在物理学史上的地位。

-观看科普视频：推荐观看关于万有引力定律的科普视频，如《宇宙大爆炸：引力之谜》和《宇宙中的力：引力的秘密》，这些视频能够直观地展示引力现象。

-实践项目：鼓励学生参与物理实验项目，如设计一个实验来测量不同质量物体之间的引力，或者模拟地球对卫星的引力作用。

-科学竞赛：参加与物理相关的科学竞赛，如全国青少年科技创新大赛，通过竞赛的形式加深对万有引力定律的理解。

-在线课程：利用在线学习平台，如Coursera或edX，选修与引力相关的在线课程，如《宇宙学导论》或《现代物理学导论》。

-科学俱乐部：加入学校的科学俱乐部，与同学一起讨论物理问题，分享对万有引力定律的理解。

-实地考察：组织学生参观天文台或科学博物馆，实地观察和学习与引力相关的科学现象和设备。教学反思与总结今天这节课，我们共同探索了万有引力定律，这是一段既充满挑战又充满乐趣的旅程。回顾整个过程，我想分享一些个人的反思和总结。

首先，我觉得教学方法的多样性是关键。在导入环节，我通过提问和情境创设来激发学生的兴趣，这让他们对新的知识点产生了好奇心。我发现，当学生对于学习内容有了兴趣，他们的学习动力就会大大增强。

在讲解万有引力定律的过程中，我尽量使用简洁明了的语言，并结合具体的例子来帮助学生理解。例如，我通过地球和月球的引力关系来解释万有引力定律的应用，这样的教学方式似乎收到了良好的效果，学生们能够更快地抓住核心概念。

然而，我也意识到在互动探究环节，部分学生参与度不高。这让我反思，是否应该在分组讨论前提供更多的引导和指导，确保每个小组都有明确的研究方向和问题。

在巩固练习环节，我发现一些学生对于公式的运用还不够熟练。这说明我在教学过程中可能需要更多的时间来帮助学生理解和记忆公式，并且通过更多的练习来强化他们的应用能力。

教学总结方面，我认为学生们在知识上有了显著的进步。他们不仅学会了万有引力定律的基本概念，还能够运用这个定律来解决一些简单的物理问题。在技能方面，他们的逻辑推理能力和实验设计能力也有所提高。

情感态度方面，学生们对物理学产生了更深的兴趣，他们开始意识到物理学的魅力和实用性。这让我感到非常欣慰，因为这是我们教学的目标之一。

当然，也存在一些不足。比如，课堂管理上，我需要更加细致地监控每个小组的讨论情况，确保每个学生都有参与的机会。此外，对于一些学习困难的学生，我需要提供更多的个别辅导，帮助他们克服学习障碍。

针对这些问题，我提出以下改进措施和建议：

-在互动探究环节，提供更明确的问题引导，确保每个小组都有明确的研究目标。

-增加课堂练习的多样性，包括不同难度层次的题目，以满足不同学生的学习需求。

-对于学习困难的学生，制定个性化的辅导计划，提供更多的个别辅导时间。

-在课后，通过在线平台或作业布置，提供额外的学习资源，帮助学生巩固知识点。典型例题讲解1.例题一：

**题目**：一个质量为\(m_1=5\)kg的物体和一个质量为\(m_2=10\)kg的物体相距\(r=2\)m。根据万有引力定律，计算它们之间的引力大小。

**解答**：

根据万有引力定律，引力\(F\)的计算公式为\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)。

其中，\(G\)是引力常数，约为\(6.674\times10^{-11}\)N·m²/kg²。

将已知数值代入公式，得到：

\[

F=6.674\times10^{-11}\frac{5\times10}{2^2}\approx1.667\times10^{-10}\text{N}

\]

因此，两个物体之间的引力大小约为\(1.667\times10^{-10}\)N。

2.例题二：

**题目**：地球的质量\(M\)约为\(5.972\times10^{24}\)kg，半径\(R\)约为\(6.371\times10^6\)m。一个质量为\(m\)的物体放在地球表面，求该物体所受的重力。

**解答**：

地球表面物体的重力可以通过万有引力定律来计算，公式为\(F=G\frac{Mm}{R^2}\)。

由于地球表面物体的重力近似等于其重量，我们可以使用\(g\)表示重力加速度，即\(g=G\frac{M}{R^2}\)。

代入已知数值，得到：

\[

g=6.674\times10^{-11}\frac{5.972\times10^{24}}{(6.371\times10^6)^2}\approx9.81\text{m/s}^2

\]

因此，一个质量为\(m\)的物体在地球表面所受的重力为\(F=mg\)。

3.例题三：

**题目**：卫星绕地球做匀速圆周运动，轨道半径为\(r=3.58\times10^7\)m。已知地球的质量\(M=5.972\times10^{24}\)kg，求卫星的线速度。

**解答**：

卫星绕地球运动的向心力由地球对卫星的引力提供，即\(G\frac{Mm}{r^2}=m\frac{v^2}{r}\)。

可以简化为\(v^2=G\frac{M}{r}\)。

代入已知数值，得到：

\[

v=\sqrt{6.674\times10^{-11}\frac{5.972\times10^{24}}{3.58\times10^7}}\approx7.9\text{km/s}

\]

因此，卫星的线速度约为\(7.9\)km/s。

4.例题四：

**题目**：地球同步卫星的轨道半径约为\(r=4.22\times10^7\)m。已知地球的质量\(M=5.972\times10^{24}\)kg，求卫星的角速度。

**解答**：

地球同步卫星的角速度与地球自转的角速度相同。地球自转一周的时间为\(T=24\)小时，即\(T=86400\)秒。

角速度\(\omega\)的计算公式为\(\omega=\frac{2\pi}{T}\)。

代入已知数值，得到：

\[

\omega=\frac{2\pi}{86400}\approx7.27\times10^{-5}\text{rad/s}

\]

因此，地球同步卫星的角速度约为\(7.27\times10^{-5}\)rad/s。

5.例题五：

**题目**：两个质量分别为\(m_1=2\)kg和\(m_2=3\)kg的物体相距\(r=0.5\)m。如果物体1向右以\(v_1=2\)m/s的速度运动，物体2向左以\(v_2=3\)m/s的速度运动，求两物体之间的相对速度。

**解答**：

相对速度是两个物体速度的差值。由于物体1向右运动，物体2向左运动，它们的相对速度\(v_{rel}\)为：

\[

v_{rel}=v_1-(-v_2)=v_1+v_2=2+3=5\text{m/s}

\]

因此，两物体之间的相对速度为\(5\)m/s。课堂小结，当堂检测亲爱的同学们，今天我们一起学习了万有引力定律，这是一个非常美妙的概念，它揭示了宇宙中物体相互作用的奥秘。现在，让我们来做一个简要的课堂小结，巩固一下今天所学的内容。

首先，我们回顾一下万有引力定律的核心内容。这个定律告诉我们，任何两个物体都会相互吸引，这种力被称为引力。引力的大小与两个物体的质量成正比，与它们之间距离的平方成反比。用公式表示就是\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)，其中\(F\)是引力，\(G\)是引力常数，\(m_1\)和\(m_2\)是两个物体的质量，\(r\)是它们之间的距离。

现在，让我们进行当堂检测，看看大家掌握了多少知识。

**检测题一**：

地球的质量\(M\)约为\(5.972\times10^{24}\)kg，半径\(R\)约为\(6.3