2024-2025學年新教材高中物理第七章萬有引力與宇宙航行3萬有引力理論的成就教學實錄新人教版必修2主備人備課成員課程基本信息1.課程名稱：萬有引力與宇宙航行

2.教學年級和班級：高中二年級

3.授課時間：2024年9月20日星期四第2節課

4.教學時數：1課時核心素養目標分析本節課旨在培養學生科學探究精神、科學思維能力和科學態度與責任。學生將通過探究萬有引力定律的歷史背景和科學方法，提升對科學規律的認知和理解，培養運用數學工具解決物理問題的能力，同時增強對宇宙探索的興趣和責任感。重點難點及解決辦法重點：

1.萬有引力定律的內容和意義

解決辦法：通過實驗演示和數學推導，讓學生直觀理解定律的內涵和宇宙尺度的應用。

難點：

1.引力常數的測定與萬有引力定律的驗證

解決辦法：結合歷史案例，展示科學家如何通過實驗測定引力常數，并引導學生思考實驗設計的原則和方法。

2.萬有引力定律在航天中的應用

解決辦法：通過實例分析，如人造衛星軌道計算，讓學生理解定律在實際問題中的具體應用，并培養學生的邏輯推理能力。學具準備Xxx課型新授課教法學法講授法課時第一課時師生互動設計二次備課教學方法與手段教學方法：

1.講授法：系統講解萬有引力定律的物理意義和科學史，幫助學生構建知識框架。

2.討論法：組織學生圍繞引力常數的測定方法進行討論，培養批判性思維。

3.實驗法：通過模擬實驗展示萬有引力的作用，加深學生對定律的理解。

教學手段：

1.多媒體演示：使用視頻和動畫展示宇宙航行實例，提高學生的學習興趣。

2.虛擬實驗軟件：利用教學軟件進行虛擬實驗，增強學生的動手能力和空間想象能力。

3.網絡資源：整合網絡資源，如在線課程和科普文章，拓展學生的知識面。教學流程1.導入新課（用時5分鐘）

-展示宇宙圖片，引導學生思考宇宙中的物體是如何相互作用的。

-提問：你們知道地球上的物體為什么會受到重力作用嗎？這背后的原理是什么？

-引出牛頓的萬有引力定律，介紹其發現背景和重要意義。

2.新課講授（用時15分鐘）

-第一部分：牛頓的萬有引力定律

-講解萬有引力定律的基本內容，包括引力公式和適用范圍。

-通過實例分析，如地球對月球的引力，幫助學生理解定律的應用。

-展示牛頓發現萬有引力定律的過程，強調科學探究的重要性。

-第二部分：引力常數的測定

-介紹卡文迪許實驗，講解如何測定引力常數。

-分析實驗原理和步驟，強調實驗設計的關鍵點。

-討論實驗誤差的來源和減小誤差的方法。

-第三部分：萬有引力定律在航天中的應用

-以人造衛星為例，講解萬有引力定律在航天技術中的應用。

-講解衛星軌道計算的基本原理和方法。

-分析衛星發射和運行過程中的實際問題，如軌道調整和燃料消耗。

3.實踐活動（用時10分鐘）

-第一項：模擬實驗

-學生分組進行模擬實驗，觀察不同質量的物體在相同距離下的引力作用。

-討論實驗結果，分析影響引力的因素。

-第二項：計算練習

-學生獨立完成萬有引力定律的應用計算題，如計算兩顆行星之間的引力。

-教師巡視指導，解答學生的疑問。

-第三項：小組討論

-學生分組討論萬有引力定律在生活中的應用，如天氣預報、地質勘探等。

4.學生小組討論（用時10分鐘）

-第一方面：引力常數的測定

-學生討論如何設計實驗來測定引力常數，提出可能的實驗方案。

-舉例回答：如何通過改變物體質量和距離來測量引力，如何減小實驗誤差。

-第二方面：萬有引力定律的適用范圍

-學生討論萬有引力定律在不同情境下的適用性。

-舉例回答：在地球表面和太空中，萬有引力定律是否適用，為什么。

-第三方面：萬有引力定律的歷史意義

-學生討論萬有引力定律對科學發展的影響。

-舉例回答：牛頓的萬有引力定律如何推動了天文學和物理學的發展。

5.總結回顧（用時5分鐘）

-教師總結本節課的重點內容，強調萬有引力定律的重要性。

-回顧本節課的難點，如引力常數的測定和萬有引力定律在航天中的應用。

-引導學生思考萬有引力定律在日常生活中的應用，激發學生對科學的興趣。

-鼓勵學生在課后繼續探索萬有引力定律的更多應用和科學原理。

教學流程總用時：45分鐘知識點梳理1.萬有引力定律的基本內容

-引力公式：\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)，其中\(F\)是兩個物體間的引力，\(G\)是萬有引力常數，\(m_1\)和\(m_2\)是兩個物體的質量，\(r\)是兩個物體間的距離。

-引力是作用在所有具有質量的物體之間的力，與物體的質量成正比，與距離的平方成反比。

2.引力常數的測定

-卡文迪許實驗：通過測量兩個小鉛球之間的引力，計算地球的平均密度，進而得到引力常數\(G\)的值。

-引力常數\(G\)的數值約為\(6.674\times10^{-11}\,\text{N}\cdot\text{m}^2\cdot\text{kg}^{-2}\)。

3.萬有引力定律的應用

-天體運動：描述行星、衛星等天體的運動軌跡，解釋天體的軌道周期和橢圓形狀。

-地球表面重力：計算地球表面的重力加速度，解釋為什么物體會落向地面。

-航天技術：設計衛星軌道，計算宇宙飛船的發射速度和燃料需求。

4.萬有引力定律的歷史意義

-牛頓的萬有引力定律是物理學史上的一個里程碑，它統一了地面上物體的重力和天體運動。

-定律的提出為后來的天文學和物理學研究提供了理論基礎。

5.引力與質量的分布

-在行星系統中，萬有引力定律可以用來計算行星的質量。

-在星系中，萬有引力定律可以用來研究星系的質量分布和結構。

6.引力勢能

-引力勢能是兩個質點之間的勢能，與它們之間的距離有關。

-引力勢能的公式為\(U=-\frac{Gm_1m_2}{r}\)，其中\(U\)是引力勢能，\(r\)是質點間的距離。

7.引力場

-引力場是描述引力在空間中分布的狀態，任何具有質量的物體都會在引力場中產生引力作用。

-引力場強度是描述引力場在空間某點的力的強度。

8.宇宙航行中的引力效應

-地球軌道上的衛星受到地球的萬有引力作用，保持圓周運動。

-宇宙飛船在逃離地球引力時，需要達到第二宇宙速度，即約11.2公里/秒。教學反思教學反思是對教學過程的一種思考，它幫助教師總結經驗，改進教學方法，提高教學質量。以下是我對本節課的幾點反思：

首先，我在導入新課環節的設計上，通過展示宇宙圖片和提問的方式，成功地激發了學生的興趣。學生們對宇宙充滿了好奇，這讓我意識到，作為教師，我們需要善于抓住學生的興趣點，引導他們進入學習的狀態。

其次，在新課講授環節，我注意到學生對引力常數的測定和萬有引力定律在航天中的應用理解起來有些困難。在講解引力常數的測定時，我可能沒有足夠的時間讓學生充分理解實驗的原理和步驟，因此，我計劃在下節課中增加一個實驗演示環節，讓學生親自動手操作，加深理解。

在實踐活動環節，我發現學生們的參與度很高，他們通過模擬實驗和計算練習，對萬有引力定律有了更直觀的認識。然而，我也注意到一些學生對于復雜計算感到吃力，我意識到需要加強對基礎數學知識的復習和鞏固，以便學生能夠更好地應用數學工具解決物理問題。

在小組討論環節，學生們提出了許多有趣的問題，比如如何通過實驗測定引力常數，以及萬有引力定律在生活中的應用。這些討論讓我看到了學生們的創造力和思考能力，同時也讓我反思如何更好地引導學生進行深入的討論和思考。

在教學過程中，我也發現了一些不足之處。例如，在講解萬有引力定律的應用時，我可能過于側重于理論講解，而忽略了實際生活中的應用實例。為了改進這一點，我計劃在未來的教學中，更多地結合實際案例，讓學生看到物理知識的實際價值。

此外，我還注意到部分學生在課堂上的參與度不高，可能是因為他們對物理學科的興趣不足或者學習方法不當。為了提高這些學生的學習積極性，我計劃在課后與他們進行一對一的交流，了解他們的學習困難和需求，并提供個性化的幫助。板書設計①萬有引力定律

-定律公式：\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)

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

-質量與距離的關系：與質量成正比，與距離的平方成反比

②引力常數的測定

-卡文迪許實驗：通過測量兩個小鉛球之間的引力，計算地球的平均密度

-實驗原理：利用扭秤測量微小力矩，推導出引力常數

③萬有引力定律的應用

-天體運動：行星軌道、衛星周期

-地球表面重力：重力加速度計算

-航天技術：衛星軌道設計、宇宙飛船發射速度計算課堂1.課堂評價

在課堂教學中，我采取了多種評價方式來了解學生的學習情況，并及時發現問題進行解決。

（1）提問：通過提問，我能夠檢驗學生對萬有引力定律的理解程度。例如，我會問：“誰能解釋一下引力常數的物理意義？”或者“為什么說萬有引力定律是物理學史上的一個里程碑？”這樣的問題不僅能夠幫助學生鞏固知識，還能激發他們的思考。

（2）觀察：在課堂上，我密切觀察學生的反應和參與度。例如，當進行小組討論時，我會注意學生是否積極參與，是否能夠提出有建設性的意見。通過觀察，我可以了解學生的學習態度和合作能力。

（3）測試：在課程的最后，我會進行簡短的測試，以評估學生對本節課內容的掌握情況。測試形式可以是選擇題、填空題或者簡答題，題目內容與課堂講授的知識點緊密相關。

2.作業評價

對于學生的作業，我進行了認真的批改和點評，并及時反饋學生的學習效果。

（1）批改：我會仔細檢查每個學生的作業，確保他們理解了作業的要求。對于錯誤，我會用紅筆標注，并在旁邊寫上糾正的方法。

（2）點評：在批改作業的同時，我會給出具體的點評，鼓勵學生繼續努力。例如，對于正確答案，我會寫上“很好，繼續保持！”對于有創意的解答，我會寫上“很有想法，繼續探索！”

（3）反饋：我會定期與學生交流作業情況，特別是對于那些作業完成質量不高或者有困難的學生，我會給予個別指導，幫助他們找到學習上的問題所在。典型例題講解1.例題：地球表面附近的重力加速度為\(g\)，一個質量為\(m\)的物體在地球表面受到的重力為\(F_g\)。求地球的質量\(M\)。

解答：根據萬有引力定律，物體在地球表面受到的重力可以表示為：

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

其中，\(G\)是萬有引力常數，\(R\)是地球的半徑。重力加速度\(g\)定義為：

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

將重力加速度的定義代入萬有引力公式，得到：

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

解得地球的質量\(M\)為：

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

2.例題：兩顆行星的質量分別為\(m_1\)和\(m_2\)，它們之間的距離為\(r\)。若它們之間的引力為\(F\)，求萬有引力常數\(G\)。

解答：根據萬有引力定律，兩顆行星之間的引力可以表示為：

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

解得萬有引力常數\(G\)為：

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

3.例題：一顆人造衛星繞地球做勻速圓周運動，軌道半徑為\(r\)，周期為\(T\)。求地球的質量\(M\)。

解答：衛星受到的向心力由地球的萬有引力提供，即：

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

其中，\(v\)是衛星的線速度。衛星的線速度\(v\)與周期\(T\)的關系為：

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

將線速度代入向心力公式，得到：

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

解得地球的質量\(M\)為：

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

4.例題：一個質量為\(m\)的物體從地球表面發射，以初速度\(v_0\)垂直向上發射。求物體能夠達到的最大高度\(h\)。

解答：物體在上升過程中，其動能