2024-2025學(xué)年高中物理 第五章 萬有引力定律及其應(yīng)用 第1節(jié) 萬有引力定律及引力常量的測定教案2 魯科版必修2

2024-2025學(xué)年高中物理第五章萬有引力定律及其應(yīng)用第1節(jié)萬有引力定律及引力常量的測定教案2魯科版必修2主備人備課成員教學(xué)內(nèi)容分析本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容是萬有引力定律及引力常量的測定。學(xué)生將學(xué)習(xí)萬有引力定律的表述、適用范圍、計(jì)算公式，以及引力常量的測定方法和過程。此外，學(xué)生還將了解萬有引力定律在實(shí)際應(yīng)用中的重要性，如天體運(yùn)動(dòng)、衛(wèi)星導(dǎo)航等。

教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識(shí)的聯(lián)系：學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，應(yīng)已掌握牛頓運(yùn)動(dòng)定律、向心力、圓周運(yùn)動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí)。在此基礎(chǔ)上，本節(jié)課將引導(dǎo)學(xué)生將已有知識(shí)與萬有引力定律相結(jié)合，進(jìn)一步拓展學(xué)生的物理知識(shí)體系。同時(shí)，本節(jié)課的內(nèi)容也為后續(xù)學(xué)習(xí)天體物理學(xué)、航天技術(shù)等領(lǐng)域打下基礎(chǔ)。核心素養(yǎng)目標(biāo)本節(jié)課旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度三個(gè)方面的核心素養(yǎng)。在科學(xué)思維方面，通過學(xué)習(xí)萬有引力定律，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理學(xué)原理分析和解決問題的能力。在科學(xué)探究方面，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)和觀察，探究引力常量的測定方法，提高學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的能力。在科學(xué)態(tài)度方面，通過了解萬有引力定律在實(shí)際應(yīng)用中的重要性，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理學(xué)在生活中的價(jià)值，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了哪些相關(guān)知識(shí)：在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，學(xué)生應(yīng)該已經(jīng)掌握了初中階段的物理知識(shí)，包括力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)等基本概念。此外，學(xué)生還應(yīng)該具備一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，如代數(shù)、幾何、三角函數(shù)等。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：針對(duì)本節(jié)課的內(nèi)容，學(xué)生可能對(duì)天體物理學(xué)、航天技術(shù)等領(lǐng)域感興趣。在學(xué)習(xí)能力方面，學(xué)生應(yīng)具備一定的觀察、實(shí)驗(yàn)、分析問題和解決問題的能力。在學(xué)習(xí)風(fēng)格上，學(xué)生可能更傾向于通過實(shí)踐、討論和合作來學(xué)習(xí)。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：在學(xué)習(xí)萬有引力定律及引力常量的測定過程中，學(xué)生可能遇到以下困難和挑戰(zhàn)：

（1）理解萬有引力定律的抽象概念，如引力、質(zhì)量、距離等；

（2）掌握引力常量的測定方法和過程，以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作；

（3）將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問題中，如天體運(yùn)動(dòng)、衛(wèi)星導(dǎo)航等；

（4）解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算和問題，如引力公式、向心力等；

（5）保持對(duì)物理學(xué)的學(xué)習(xí)興趣和積極性，面對(duì)枯燥的理論知識(shí)能保持熱情。

針對(duì)以上困難和挑戰(zhàn)，教師應(yīng)充分了解學(xué)生的實(shí)際情況，調(diào)整教學(xué)策略，引導(dǎo)學(xué)生克服困難，提高學(xué)習(xí)效果。學(xué)具準(zhǔn)備Xxx課型新授課教法學(xué)法講授法課時(shí)第一課時(shí)師生互動(dòng)設(shè)計(jì)二次備課教學(xué)方法與策略1.選擇適合教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)者特點(diǎn)的教學(xué)方法：

針對(duì)本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)者特點(diǎn)，我將采用以下教學(xué)方法：

（1）講授法：在課堂上，我將系統(tǒng)地講解萬有引力定律的定義、表達(dá)式、適用范圍和引力常量的測定方法。通過講授，幫助學(xué)生建立完整的知識(shí)體系。

（2）案例研究：分析實(shí)際案例，如地球引力、衛(wèi)星導(dǎo)航等，使學(xué)生了解萬有引力定律在實(shí)際中的應(yīng)用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（3）實(shí)驗(yàn)法：組織學(xué)生進(jìn)行萬有引力定律相關(guān)實(shí)驗(yàn)，如測定引力常量，讓學(xué)生親身體驗(yàn)科學(xué)探究過程，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和科學(xué)探究精神。

（4）小組討論：引導(dǎo)學(xué)生就萬有引力定律的應(yīng)用、實(shí)際問題進(jìn)行小組討論，促進(jìn)學(xué)生之間的交流與合作，提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

2.設(shè)計(jì)具體的教學(xué)活動(dòng)：

（1）導(dǎo)入：以地球引力為例，引導(dǎo)學(xué)生思考萬有引力現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（2）新課講解：詳細(xì)講解萬有引力定律的定義、表達(dá)式、適用范圍，并通過PPT展示相關(guān)圖片和動(dòng)畫，幫助學(xué)生形象地理解。

（3）實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：組織學(xué)生進(jìn)行萬有引力定律實(shí)驗(yàn)，如測定引力常量。在實(shí)驗(yàn)過程中，引導(dǎo)學(xué)生觀察、記錄數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

（4）案例分析：分析實(shí)際案例，如衛(wèi)星導(dǎo)航，讓學(xué)生了解萬有引力定律在實(shí)際中的應(yīng)用。

（5）小組討論：讓學(xué)生就萬有引力定律的應(yīng)用和實(shí)際問題進(jìn)行小組討論，引導(dǎo)學(xué)生將理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際問題中。

（6）總結(jié)與反思：對(duì)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)萬有引力定律的理解和記憶。

3.確定教學(xué)媒體和資源的使用：

（1）PPT：制作精美、清晰的PPT，展示萬有引力定律的定義、表達(dá)式、適用范圍和相關(guān)案例，幫助學(xué)生直觀地理解。

（2）視頻：播放有關(guān)萬有引力定律的實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)際應(yīng)用的視頻，讓學(xué)生更直觀地了解實(shí)驗(yàn)過程和應(yīng)用場景。

（3）在線工具：利用在線工具，如數(shù)學(xué)計(jì)算器、科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M軟件等，輔助學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)操作。

（4）教材和課外讀物：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材和課外讀物，加深對(duì)萬有引力定律及其應(yīng)用的理解。教學(xué)流程一、導(dǎo)入新課（用時(shí)5分鐘）

同學(xué)們，今天我們將要學(xué)習(xí)的是《萬有引力定律及其應(yīng)用》這一章節(jié)。在開始之前，我想先問大家一個(gè)問題：“你們?cè)谌粘Ｉ钪惺欠裼龅竭^物體相互吸引的情況？”（舉例說明）這個(gè)問題與我們將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容密切相關(guān)。通過這個(gè)問題，我希望能夠引起大家的興趣和好奇心，讓我們一同探索萬有引力的奧秘。

二、新課講授（用時(shí)10分鐘）

1.理論介紹：首先，我們要了解萬有引力定律的基本概念。萬有引力定律是描述物體之間相互吸引的力與它們的質(zhì)量和距離之間的關(guān)系。它是物理學(xué)中的基本定律之一，對(duì)于理解天體運(yùn)動(dòng)和地球上的現(xiàn)象具有重要意義。

2.案例分析：接下來，我們來看一個(gè)具體的案例。這個(gè)案例展示了萬有引力定律在實(shí)際中的應(yīng)用，以及它如何幫助我們解決問題。例如，我們可以通過了解地球和其他天體之間的萬有引力關(guān)系，來解釋地球的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)以及衛(wèi)星的軌道運(yùn)動(dòng)。

3.重點(diǎn)難點(diǎn)解析：在講授過程中，我會(huì)特別強(qiáng)調(diào)萬有引力定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式和適用條件。對(duì)于難點(diǎn)部分，我會(huì)通過舉例和比較來幫助大家理解。

三、實(shí)踐活動(dòng)（用時(shí)10分鐘）

1.分組討論：學(xué)生們將分成若干小組，每組討論一個(gè)與萬有引力定律相關(guān)的實(shí)際問題。例如，探討地球?qū)ξ矬w產(chǎn)生的引力大小與物體質(zhì)量和距離的關(guān)系。

2.實(shí)驗(yàn)操作：為了加深理解，我們將進(jìn)行一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)操作。這個(gè)操作將演示物體之間萬有引力的基本原理。例如，通過觀察兩個(gè)鐵球之間的相互吸引，來驗(yàn)證萬有引力定律。

3.成果展示：每個(gè)小組將向全班展示他們的討論成果和實(shí)驗(yàn)操作的結(jié)果。

四、學(xué)生小組討論（用時(shí)10分鐘）

1.討論主題：學(xué)生將圍繞“萬有引力定律在實(shí)際生活中的應(yīng)用”這一主題展開討論。他們將被鼓勵(lì)提出自己的觀點(diǎn)和想法，并與其他小組成員進(jìn)行交流。

2.引導(dǎo)與啟發(fā)：在討論過程中，我將作為一個(gè)引導(dǎo)者，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題。我會(huì)提出一些開放性的問題來啟發(fā)他們的思考。

3.成果分享：每個(gè)小組將選擇一名代表來分享他們的討論成果。這些成果將被記錄在黑板上或投影儀上，以便全班都能看到。

五、總結(jié)回顧（用時(shí)5分鐘）

今天的學(xué)習(xí)，我們了解了萬有引力定律的基本概念、重要性和應(yīng)用。同時(shí)，我們也通過實(shí)踐活動(dòng)和小組討論加深了對(duì)萬有引力的理解。我希望大家能夠掌握這些知識(shí)點(diǎn)，并在日常生活中靈活運(yùn)用。最后，如果有任何疑問或不明白的地方，請(qǐng)隨時(shí)向我提問。教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

（1）科普讀物：《黑洞與時(shí)間彎曲》、《宇宙簡史》等，這些讀物可以幫助學(xué)生更好地理解宇宙中的萬有引力現(xiàn)象及其應(yīng)用。

（2）科普視頻：如BBC的《宇宙之旅》、國家地理的《黑洞：吞噬一切》等，通過視頻的形式，讓學(xué)生更直觀地了解萬有引力定律的原理和應(yīng)用。

（3）在線課程：如Coursera、edX等平臺(tái)上的天文學(xué)、物理學(xué)相關(guān)課程，讓學(xué)生在課后進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。

（4）科學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件：如PhET、QualitativeAnalysis等，學(xué)生可以通過這些軟件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)萬有引力定律的理解。

2.拓展建議：

（1）讓學(xué)生課后閱讀科普讀物，并撰寫讀后感，加深對(duì)萬有引力定律的理解和興趣。

（2）組織學(xué)生觀看科普視頻，并進(jìn)行觀后討論，分享各自的感悟和理解。

（3）鼓勵(lì)學(xué)生報(bào)名參加在線課程，提高他們對(duì)天文學(xué)、物理學(xué)領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)和興趣。

（4）利用科學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在課后進(jìn)行自主探究，提高他們的實(shí)踐能力。

（5）開展課外實(shí)踐活動(dòng)，如觀測星空、制作衛(wèi)星模型等，讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中，提高他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

（6）鼓勵(lì)學(xué)生參加科學(xué)競賽、課題研究等活動(dòng)，提高他們的科學(xué)素養(yǎng)和綜合能力。典型例題講解為了幫助學(xué)生更好地理解和掌握萬有引力定律及其應(yīng)用，我將列舉五個(gè)典型的例題進(jìn)行講解。這些例題將涵蓋不同的題型和知識(shí)點(diǎn)，以鞏固學(xué)生對(duì)萬有引力定律的理解。

例題1：計(jì)算兩個(gè)物體之間的萬有引力

題目：兩個(gè)質(zhì)量分別為m1和m2的物體，距離為r，求它們之間的萬有引力F。

解答：根據(jù)萬有引力定律，兩個(gè)物體之間的萬有引力F可以計(jì)算如下：

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

其中，G為萬有引力常量，其值為6.67430×10^-11N·m^2/kg^2。

將題目中給定的數(shù)值代入公式中，得到：

F=6.67430×10^-11*(m1*m2)/r^2

例題2：應(yīng)用萬有引力定律解釋行星運(yùn)動(dòng)

題目：根據(jù)萬有引力定律，解釋為什么行星沿橢圓軌道繞太陽運(yùn)動(dòng)。

解答：根據(jù)開普勒第三定律，行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道是橢圓形的。萬有引力定律可以解釋這一現(xiàn)象：行星受到太陽的引力作用，向太陽方向加速，但由于它的速度不斷增加，受到向心力的作用，從而沿著橢圓軌道運(yùn)動(dòng)。

例題3：計(jì)算地球表面物體的重力

題目：一個(gè)質(zhì)量為m的物體在地球表面，求它所受到的重力F。

解答：地球的質(zhì)量為M，半徑為R。根據(jù)萬有引力定律，地球表面物體所受到的重力F可以計(jì)算如下：

F=G*(M*m)/R^2

地球的平均半徑約為6371km，地球的質(zhì)量約為5.972×10^24kg。將數(shù)值代入公式中，得到：

F=6.67430×10^-11*(5.972×10^24*m)/(6371×10^3)^2

例題4：計(jì)算衛(wèi)星的軌道周期

題目：一顆質(zhì)量為m的衛(wèi)星，以地球?yàn)閳A心，距離地心R的軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，求它的軌道周期T。

解答：根據(jù)牛頓第二定律和萬有引力定律，衛(wèi)星在軌道上的向心力由地球?qū)πl(wèi)星的引力提供。向心力F可以計(jì)算如下：

F=m*v^2/R

其中，v為衛(wèi)星在軌道上的速度。根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，速度v可以表示為：

v=2*π*R/T

將v的表達(dá)式代入向心力的公式中，得到：

F=m*(2*π*R/T)^2/R

根據(jù)萬有引力定律，向心力F還可以表示為：

F=G*(M*m)/R^2

將兩個(gè)向心力的表達(dá)式相等，得到：

m*(2*π*R/T)^2/R=G*(M*m)/R^2

化簡后，得到衛(wèi)星的軌道周期T：

T=2*π*√(R^3/(G*M))

例題5：計(jì)算兩個(gè)物體碰撞后的速度

題目：兩個(gè)質(zhì)量分別為m1和m2的物體，以速度v1和v2相向而行，碰撞后，求它們碰撞后的速度v。

解答：在碰撞過程中，系統(tǒng)受到外力的作用，因此動(dòng)量守恒定律不再適用。但是，在碰撞前后，系統(tǒng)受到的總動(dòng)能保持不變。根據(jù)動(dòng)能守恒定律，可以得到以下方程：

(1/2)*m1*v1^2+(1/2)*m2*v2^2=(1/2)*m1*v^2+(1/2)*m2*v^2

化簡后，得到碰撞后的速度v：

v=√((m1*v1^2+m2*v2^2)/(m1+m2))課堂小結(jié)，當(dāng)堂檢測課堂小結(jié)：

1.萬有引力定律：描述了物體之間相互吸引的力與它們的質(zhì)量和距離之間的關(guān)系。萬有引力定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為F=G*(m1*m2)/r^2，其中G為萬有引力常量，m1和m2為兩物體的質(zhì)量，r為兩物體之間的距離。

2.引力常量的測定：通過實(shí)驗(yàn)測定引力常量G的值，常用的方法有扭秤實(shí)驗(yàn)和天體觀測法。扭秤實(shí)驗(yàn)通過測量扭秤的扭轉(zhuǎn)角度來求得引力常量G的值；天體觀測法通過觀測天體的運(yùn)動(dòng)來求得引力常量G的值。

3.萬有引力定律的應(yīng)用：萬有引力定律在天體物理學(xué)、地球物理學(xué)和航天技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，通過了解地球和其他天體之間的萬有引力關(guān)系，可以解釋地球的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)以及衛(wèi)星的軌道運(yùn)動(dòng)。

4.重力：地球表面物體所受到的重力是由地球?qū)ξ矬w的萬有引力提供的。重力的計(jì)算公式為F=G*(M*m)/R^2，其中M為地球的質(zhì)量，m為物體的質(zhì)量，R為地球的半徑。

5.衛(wèi)星軌道周期：衛(wèi)星在軌道上的向心力由地球?qū)πl(wèi)星的引力提供。軌道周期T的計(jì)算公式為T=2*π*√(R^3/(G*M))，其中R為衛(wèi)星的軌道半徑，M為地球的質(zhì)量。

當(dāng)堂檢測：

1.計(jì)算兩個(gè)物體之間的萬有引力。已知物體A的質(zhì)量為m1=10kg，物體B的質(zhì)量為m2=5kg，它們之間的距離為r=10m。求它們之間的萬有引力F。

答案：F=6.67430×10^-11*(10kg*5kg)/(10m)^2=3.33715×10^-10N。

2.解釋行星沿橢圓軌道繞太陽運(yùn)動(dòng)的原因。

答案：行星沿橢圓軌道繞太陽運(yùn)動(dòng)的原因是萬有引力定律。根據(jù)萬有引力定律，行星受到太陽的引力作用，向太陽方向加速，但由于它的速度不斷增加，受到向心力的作用，從而沿著橢圓軌道運(yùn)動(dòng)。

3.計(jì)算地球表面物體的重力。已知物體的質(zhì)量為m=2kg，地球的平均半徑為R=6371km。求物體所受到的重力F。

答案：F=6.67430×10^-11*(5.972×10^24kg*2kg)/(6371×10^3km)^2=9.8066m/s^2。

4.計(jì)算衛(wèi)星的軌道周期。已知衛(wèi)星的質(zhì)量為m=1000kg，軌道半徑為R=6666km。求衛(wèi)星的軌道周期T。

答案：T=2*π*√(6666km^3/(6.67430×10^-11N·m^2/kg^2*5.972×10^24kg))=24小時(shí)。

5.計(jì)算兩個(gè)物體碰撞后的速度。已知物體A的質(zhì)量為m1=1kg，速度為v1=10m/s；物體B的質(zhì)量為m2=2kg，速度為v2=5m/s。求物體碰撞后的速度v。

答案：v=√((1kg*10m/s^2+2kg*5m/s^2)/(1kg+2kg))=7.07m/s。板書設(shè)計(jì)①重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：萬有引力定律、引力常量的測定、重力、衛(wèi)星軌道周期、碰撞后速度的計(jì)算。

②關(guān)鍵詞語：物體、質(zhì)量、距離、萬有引力、引力常量、重力、衛(wèi)星、軌道周期、碰撞、速度。

③句子：物體之間相互吸引的力與它們的質(zhì)量和距離之間存在關(guān)系，稱為萬有引力定律；通過實(shí)驗(yàn)測定引力常量，了解行星運(yùn)動(dòng)和衛(wèi)星軌道；地球表面物體所受到的重力是由地球?qū)ξ矬w的萬有引力提供的；衛(wèi)星在軌道上的向心力由地球?qū)πl(wèi)星的引力提供，計(jì)算衛(wèi)星的軌道周期；碰撞前后系統(tǒng)受到的總動(dòng)能保持不變，計(jì)算碰撞后的速度。

藝術(shù)性和趣味性：

①利用圖表和圖形展示萬有引力定律和引力常量的測定過程，使學(xué)生更直觀地理解這些概念。

②在黑板上畫出一個(gè)簡單的衛(wèi)星軌道模型，讓學(xué)生通過觀察和討論來加深對(duì)衛(wèi)星軌道周期的理解。

③通過繪制一個(gè)碰撞場景，展示碰撞前后物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，讓學(xué)生更直觀地理解碰撞后速度的計(jì)算過程。

④在板書中加入