人教版万有引力理论的成就教学设计

课题名称：万有引力理论的成就模块必修2第六章第四节课型新课讲授课时1课时教材分析本节课在教材编排上，呈现的是由点到面逐步展开的倒金字塔的形式，这符合学生的认知习惯。本节是属于应用性和检验性的教学内容，从前后联系来看，是对万有引力定律的进一步认识，也是对第五章《曲线运动》所涉及的基本概念和规律在理解和应用上的进一步加深。本节教材在开始和结尾阶段分别引用了马克·吐温和冯·劳厄对物理研究的精彩论述的话，意在使学生感受用物理理论探索未知世界的科学魅力，培养热爱科学的情感。学情分析学生通过曲线运动的学习，知道了曲线运动中力与运动的关系；通过万有引力定律的学习也知道了行星围绕中心天体运转的动力学原因，但对万有引力定律的作用和科学价值缺少了解，因而，通过本节的学习，重点要使学生深刻体会科学定律对人类探索未知世界的作用，激起学生对科学探究的兴趣。教学思路根据本节知识的特点和学情、学生认知的规律，教学活动共分四个层次：活动一，探究测量地球质量的方法，体会万有引力定律的应用价值。活动二，结合学习材料估测太阳的质量，体会万有引力理论对认识天体的作用。活动三，探究测量月球质量，提高对万有引力定律应用的认识。活动四，探究未知天体，由海王星的发现为主要典例，说明万有引力理论的巨大成就，也是对万有引力定律的检验，是对万有引力定律应用的定性认识。教学核心素养【核心知识】1、了解万有引力定律在天文学上的应用2、会用万有引力定律计算天体的质量3、掌握综合运用万有引力定律和圆周运动学知识分析具体问题的方法【核心能力】通过求解太阳、地球的质量，培养学生理论联系实际的运用能力【科学品质】通过介绍用万有引力定律发现未知天体的过程，使学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辨证唯物主义观点教学重点和难点重点：利用万有引力定律和圆周运动的规律来计算地球、太阳的质量，由此迁移发散到各种中心天体质量的计算。难点：万有引力定律解决问题思路的运用；在进行知识点迁移时，学生对准确抓住模型中的各个星体所担任的角色较为困难。突破方法：在进行已有知识的迁移时应重点重复围绕和被绕的关系，让学生理清各星体角色，并应用错误分析的方法，加强对认识的刺激。教学方法教师启发、引导；学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。教学资源PPT课件、教学视频、教学扩充阅读资料等教学流程1．引入：关于“哈雷彗星”的视频2．初步完成求解中心天体质量思路的梳理和通过探索未知天体了解万有引力定律的地位。3．学生和老师共同总结求解中心天体质量的思路，完成对月亮的探索教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图时间引入新课复习：1、（上课前，先将两个模型图画在黑板上，不标字母，上课后进行字母标注，让学生说出两物体间的万有引力表达式。）2、行星与卫星的运动看成什么运动？什么力提供向心力？3、如果物体在地球表面，忽略地球自转的影响，可认为物体的重力等于万有引力。讲述：科学真是迷人。根据零星的事实，增加一点猜想，竟能赢得那么多的收获！——马克·吐温，科学究竟有多迷人？请看关于“哈雷彗星”的视频，视频中提到：牛顿的万有引力定律不但使哈雷能够预测2061年的事情，也使科学家们打开了通向月球之路，甚至超出太阳系。那么牛顿的万有引力定律真的有这么厉害吗？接下来全班同学一起验证，出发去探索地球、太阳、月亮、未知天体。板书课题：万有引力理论的成就公式：模型：将行星或卫星的运动看成匀速圆周运动。思路：1、万有引力提供天体运动的向心力；质量为m的行星绕质量为M的星体在半径为r的轨道上做匀速圆周运动时，由牛顿第二定律及圆周运动知识得2、物体在地球表面，忽略地球自转的影响，可认为物体的重力等于万有引力。设置情境，激发学生兴趣和思考。7分钟一、求中心天体的质量提供素材突破难点探索之旅第一站——地球1．阿基米德在研究杠杆原理后，曾经说过一句什么名言？那给我们一个杠杆（天平）是否就可以称量地球的质量了呢？那我们又是怎么知道巨大的地球的质量？2．卡文迪许——被称为能称出地球质量的人【例1】当时已知地球的半径R和地球表面重力加速度g，在卡文迪许测出引力常量G的情况下，就可求出地球的质量M代入数据g=s2，R=×106m得：M=×1024kg所以，卡文迪许被称为“第一个称量地球质量的人”！提醒：此方法称为“自力更生法”求中心天体质量探索者：解析：若不考虑地球自转的影响，地面上质量为m的物体所受的重力mg等于地球对它的引力。通过提供相关材料，引导学生总结“自力更生”求解中心天体质量的思路，完成方法的初步感悟和梳理。7分钟一、求中心天体的质量深化探究探索之旅第二站——太阳【例2】设太阳质量为M，某个行星质量为m，行星与太阳间的距离为r，测出此行星的公转周期为T，试根据以上材料中的数据，尝试求出太阳的质量M追问：地球的公转半径为×1011m，则可估算出太阳的质量大约是多少千克?（结果取一位有效数字）提醒：只可求出中心天体的质量，求不出环绕天体的质量，此方法称为“借助外援法”追问：如果把太阳换成地球，把地球换成月亮可不可以用此方法求出地球的质量？追问：月球绕地球运行的周期T=天≈×106s月球与地球的平均距离r=×108m，设月球质量为m.追问：利用四个式子中的其他两个式子还可以怎样中心天体质量，需要什么量？线速度与角速度不容易测量，所以这两种方法较少用。学生自己建立模型，分析所需数据，然后完成求解。解：行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力是由它们之间的万有引力提供全班：可以解：月球绕地球做匀速圆周运动的向心力是由它们之间的万有引力提供得：M=×1024kg通过提供相关材料，引导学生总结“借助外援”求解中心天体质量的两种思路，完成方法的初步感悟和梳理培养学生模型迁移运用的能力，同时还要熟悉日常生活中的常用量。10分钟二、学以致用开放性探究问题探索之旅第三站——月球1、质量为m的登月飞行器关闭发动机后在离月球表面h的空中沿圆形轨道绕月球飞行，周期是T，已知月球半径是R，引力常量为G，试求月球的质量？2、如果已知月亮的半径R和月亮表面重力加速度g，能否求出月亮的质量？探索者：1、解：飞行器绕月球做匀速圆周运动的向心力是由它们之间的万有引力提供r=R+hr=R+h2、解：月面上质量为m的物体所受的重力mg等于月球对它的引力。学以致用，检测学生建模能力的掌握情况。运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法更深层次的体会7分钟三、其他成就科学品质教育探索之旅第四站——发现未知天体学生阅读课本材料，尝试回答下列问题。1、在1781年，发现哪个行星“出轨”？什么原因造成“出轨”？2、哪两个人分别计算出新行星的轨道？又是谁观测验证出新行星存在的？3、海王星被称为什么行星？笔尖下的行星——海王星。海王星的发现和哈雷彗星的按时回归确立了万有引力定律的地位。体会科学定律对人类探索未知世界的作用，激发学习兴趣和对科学的热爱之情。5分钟四、拓展引出下节课的预习任务1、冥王星为什么会被“降级”？2、思考，嫦娥四号要实现登月，要经历怎样的运动过程？请结合嫦娥探月轨道图，查阅相关资料对登月过程进行分析，并预习下一节：宇宙航行。学生讨论猜想航天器的发射过程引导学生关注万有引力定律在当今航天工程中的应用，激发兴趣，使其自觉关注我国的航天事业2分钟五、课堂小结一个模型

：将行星或卫星的公转运动看成匀速圆周运动。

两条思路

：1、万有引力提供天体运动的向心力；质量为m的行星绕质量为M的星体在半径为r的轨道上做匀速圆周运动时，由牛顿第二定律及圆周运动知识得2、黄金替换在球体表面附近万有引力等于重力（F引=G）质量为m的物体在地球(星体)表面受到的万有引力等于其重力，即G＝mg。可以得到：GM＝gR2

(g为星体表面处的重力加速度)四个式子

：2分钟六、作业课本P43，1、3、4观看电影“流浪地球”七、板书设计万有引力理论的成就一个模型

：将行星或卫星的公转运动看成匀速圆周运动。

两条思路

：1、万有引力提供天体运动的向心力；质量为m的行星绕质量为M的星体在半径为r的轨道上做匀速圆周运动时，由牛顿第二定律及圆周运动知识得2、黄金替换在球体表面附近万有引力等于重力（F引=G）质量为m的物体在地球(星体)表面受到的万有引力等于其重力，即G＝mg。可以得到：GM＝gR2

(g为星体表面处的重力加速度)四个式子

：八、教学反思本节课的教学中，通过图片和视频引入，引起学生强烈的求知