2024-2025學年高中物理 第六章 萬有引力與航天 3 萬有引力定律教學實錄 新人教版必修2

2024-2025學年高中物理第六章萬有引力與航天3萬有引力定律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：萬有引力定律

2.教學年級和班級：高一年級

3.授課時間：2024年10月25日星期三第2節(jié)課

4.教學時數：1課時核心素養(yǎng)目標培養(yǎng)學生運用物理知識解決實際問題的能力，提升科學探究精神。通過探究萬有引力定律的發(fā)現過程，強化學生的邏輯思維和抽象思維能力。同時，引導學生理解科學知識與人類社會發(fā)展之間的關系，培養(yǎng)科學態(tài)度和社會責任感。教學難點與重點1.教學重點，

①萬有引力定律的推導過程及其數學表達式。

②地球表面的重力加速度與萬有引力常數、地球質量的關系。

③萬有引力定律在解決實際問題中的應用，如衛(wèi)星軌道計算、天體運動等。

2.教學難點，

①理解萬有引力定律的適用范圍和局限性。

②掌握如何將萬有引力定律應用于復雜情境中的計算和分析。

③理解引力勢能和機械能守恒原理在萬有引力作用下的應用。

④培養(yǎng)學生運用萬有引力定律進行科學探究和問題解決的能力。學具準備多媒體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資源準備1.教材：確保每位學生都備有《新課程標準高中物理》必修2教材。

2.輔助材料：準備與萬有引力定律相關的圖片、動畫演示萬有引力作用效果的短片、以及天體運動軌跡圖。

3.實驗器材：準備天平、彈簧測力計等用于演示和測量重力的實驗器材。

4.教室布置：設置分組討論區(qū)，配備黑板或電子白板用于展示解題過程，確保實驗操作臺安全整潔。教學實施過程1.課前自主探索

教師活動：

發(fā)布預習任務：通過在線平臺發(fā)布《萬有引力定律》的PPT和視頻資料，明確預習目標，如理解萬有引力定律的基本概念和公式。

設計預習問題：提出問題如“萬有引力定律是如何推導出來的？它有哪些實際應用？”引導學生思考。

監(jiān)控預習進度：通過班級微信群收集學生的預習反饋，確保所有學生都能按時完成預習。

學生活動：

自主閱讀預習資料：學生閱讀資料，理解萬有引力定律的基本原理。

思考預習問題：學生針對預習問題進行思考，記錄疑問，為課堂討論做準備。

提交預習成果：學生將預習筆記和疑問提交至在線平臺。

方法/手段/資源：

自主學習法：通過預習培養(yǎng)學生自主學習能力。

信息技術手段：利用在線平臺方便監(jiān)控和分享資源。

2.課中強化技能

教師活動：

導入新課：通過播放描述宇宙天體相互作用的視頻，引入萬有引力定律。

講解知識點：詳細講解萬有引力定律的公式推導，結合地球和月球之間的引力關系進行講解。

組織課堂活動：設計小組討論，讓學生計算不同質量的物體之間的引力大小。

解答疑問：針對學生提出的關于引力勢能和機械能守恒的問題進行解答。

學生活動：

聽講并思考：學生認真聽講，思考老師提出的問題。

參與課堂活動：學生積極參與計算和討論，嘗試應用萬有引力定律解決實際問題。

提問與討論：學生提出疑問，與其他同學和老師一起探討。

方法/手段/資源：

講授法：通過講解幫助學生掌握萬有引力定律的核心內容。

實踐活動法：通過計算和討論活動，讓學生在實踐中應用定律。

合作學習法：通過小組合作，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力。

3.課后拓展應用

教師活動：

布置作業(yè)：布置涉及萬有引力定律應用的計算題，如計算衛(wèi)星軌道的周期。

提供拓展資源：推薦相關書籍和在線資源，鼓勵學生進一步探索。

反饋作業(yè)情況：批改作業(yè)，針對學生的錯誤提供反饋和指導。

學生活動：

完成作業(yè)：學生獨立完成作業(yè)，鞏固課堂所學。

拓展學習：學生利用拓展資源進行深入學習，如研究黑洞或中子星。

反思總結：學生反思自己的學習過程，總結學習心得。

方法/手段/資源：

自主學習法：學生通過完成作業(yè)和拓展學習，提高自主學習能力。

反思總結法：通過反思，學生能夠更好地理解自己的學習過程和結果。教學資源拓展1.拓展資源：

（1）天體物理學：介紹天體物理學的基本概念，如恒星、行星、黑洞等，以及它們與萬有引力定律的關系。

（2）宇宙大尺度結構：探討宇宙中的星系、星系團以及它們之間的引力作用，引導學生理解宇宙的宏觀結構。

（3）廣義相對論：簡要介紹愛因斯坦的廣義相對論，以及它與牛頓萬有引力定律的關系，讓學生了解物理學的發(fā)展歷程。

（4）航天技術：介紹航天技術的發(fā)展歷程，以及萬有引力定律在航天技術中的應用，如衛(wèi)星軌道設計、航天器發(fā)射等。

（5）地球物理學：探討地球物理學中的重力場、地殼構造等，以及萬有引力定律在地球物理學中的應用。

2.拓展建議：

（1）天體物理學：

-閱讀相關科普書籍，如《宇宙簡史》等，了解宇宙的基本知識和天體物理學的發(fā)展歷程。

-觀看科普視頻，如《宇宙大爆炸》等，直觀感受宇宙的廣闊和神秘。

（2）宇宙大尺度結構：

-學習星系、星系團等天體的相關知識，了解宇宙中的引力作用。

-探索宇宙大尺度結構的研究方法，如觀測、數據分析等。

（3）廣義相對論：

-閱讀愛因斯坦的《相對論原理》等經典著作，了解廣義相對論的基本思想和實驗驗證。

-參加物理講座或研討會，與專家學者交流，深入了解廣義相對論。

（4）航天技術：

-關注航天領域的最新動態(tài)，如衛(wèi)星發(fā)射、航天器設計等。

-參觀航天博物館或科技館，了解航天技術的發(fā)展歷程。

（5）地球物理學：

-學習地球物理學的基本知識，如重力場、地殼構造等。

-探索地球物理學在資源勘探、環(huán)境保護等方面的應用。典型例題講解例題1：

已知地球半徑為R，質量為M，某衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，衛(wèi)星的質量為m，軌道半徑為r。求衛(wèi)星的線速度v。

解答：

根據萬有引力定律，衛(wèi)星所受的引力為：

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

其中，G為萬有引力常數。

由于衛(wèi)星做勻速圓周運動，引力提供向心力，所以有：

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

將引力公式代入向心力公式，得到：

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

化簡后得到衛(wèi)星的線速度v：

\[v=\sqrt{\frac{GM}{r}}\]

例題2：

月球繞地球的軌道半徑約為3.84×10^8米，月球質量約為7.34×10^22千克，地球質量約為5.97×10^24千克。求月球繞地球運動的周期T。

解答：

根據萬有引力定律，月球所受的引力為：

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

其中，M為地球質量，m為月球質量，r為月球軌道半徑，G為萬有引力常數。

月球繞地球運動的向心力由引力提供，所以有：

\[F=m\frac{4\pi^2r}{T^2}\]

將引力公式代入向心力公式，得到：

\[G\frac{Mm}{r^2}=m\frac{4\pi^2r}{T^2}\]

化簡后得到月球繞地球運動的周期T：

\[T=2\pi\sqrt{\frac{r^3}{GM}}\]

代入已知數值計算得到：

\[T=2\pi\sqrt{\frac{(3.84\times10^8)^3}{6.674\times10^{-11}\times5.97\times10^{24}}}\approx27.3\text{天}\]

例題3：

地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為4.22×10^7米，地球質量約為5.97×10^24千克。求地球同步衛(wèi)星的線速度v。

解答：

根據萬有引力定律，衛(wèi)星所受的引力為：

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

其中，M為地球質量，m為衛(wèi)星質量，r為衛(wèi)星軌道半徑，G為萬有引力常數。

衛(wèi)星做勻速圓周運動，引力提供向心力，所以有：

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

將引力公式代入向心力公式，得到：

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

化簡后得到衛(wèi)星的線速度v：

\[v=\sqrt{\frac{GM}{r}}\]

代入已知數值計算得到：

\[v=\sqrt{\frac{6.674\times10^{-11}\times5.97\times10^{24}}{4.22\times10^7}}\approx3.07\times10^3\text{米/秒}\]

例題4：

地球表面某物體受到的重力為9.8牛頓，地球半徑約為6.37×10^6米。求該物體的質量m。

解答：

根據萬有引力定律，物體所受的引力為：

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

其中，M為地球質量，m為物體質量，r為地球半徑，G為萬有引力常數。

物體在地球表面受到的重力等于引力，所以有：

\[F=mg\]

其中，g為地球表面的重力加速度。

將引力公式代入重力公式，得到：

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

化簡后得到物體的質量m：

\[m=\frac{gr^2}{GM}\]

代入已知數值計算得到：

\[m=\frac{9.8\times(6.37\times10^6)^2}{6.674\times10^{-11}\times5.97\times10^{24}}\approx6.0\times10^2\text{千克}\]

例題5：

地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為4.22×10^7米，地球質量約為5.97×10^24千克。求地球同步衛(wèi)星的向心加速度a。

解答：

根據萬有引力定律，衛(wèi)星所受的引力為：

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

其中，M為地球質量，m為衛(wèi)星質量，r為衛(wèi)星軌道半徑，G為萬有引力常數。

衛(wèi)星做勻速圓周運動，引力提供向心力，所以有：

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

將引力公式代入向心力公式，得到：

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

化簡后得到衛(wèi)星的向心加速度a：

\[a=\frac{GM}{r^2}\]

代入已知數值計算得到：

\[a=\frac{6.674\times10^{-11}\times5.97\times10^{24}}{(4.22\times10^7)^2}\approx9.83\text{米/秒}^