2024-2025学年高中物理 第六章 万有引力与航天 3 万有引力定律教学实录 新人教版必修2

2024-2025学年高中物理第六章万有引力与航天3万有引力定律教学实录新人教版必修2主备人备课成员课程基本信息1.课程名称：万有引力定律

2.教学年级和班级：高一年级

3.授课时间：2024年10月25日星期三第2节课

4.教学时数：1课时核心素养目标培养学生运用物理知识解决实际问题的能力，提升科学探究精神。通过探究万有引力定律的发现过程，强化学生的逻辑思维和抽象思维能力。同时，引导学生理解科学知识与人类社会发展之间的关系，培养科学态度和社会责任感。教学难点与重点1.教学重点，

①万有引力定律的推导过程及其数学表达式。

②地球表面的重力加速度与万有引力常数、地球质量的关系。

③万有引力定律在解决实际问题中的应用，如卫星轨道计算、天体运动等。

2.教学难点，

①理解万有引力定律的适用范围和局限性。

②掌握如何将万有引力定律应用于复杂情境中的计算和分析。

③理解引力势能和机械能守恒原理在万有引力作用下的应用。

④培养学生运用万有引力定律进行科学探究和问题解决的能力。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《新课程标准高中物理》必修2教材。

2.辅助材料：准备与万有引力定律相关的图片、动画演示万有引力作用效果的短片、以及天体运动轨迹图。

3.实验器材：准备天平、弹簧测力计等用于演示和测量重力的实验器材。

4.教室布置：设置分组讨论区，配备黑板或电子白板用于展示解题过程，确保实验操作台安全整洁。教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

发布预习任务：通过在线平台发布《万有引力定律》的PPT和视频资料，明确预习目标，如理解万有引力定律的基本概念和公式。

设计预习问题：提出问题如“万有引力定律是如何推导出来的？它有哪些实际应用？”引导学生思考。

监控预习进度：通过班级微信群收集学生的预习反馈，确保所有学生都能按时完成预习。

学生活动：

自主阅读预习资料：学生阅读资料，理解万有引力定律的基本原理。

思考预习问题：学生针对预习问题进行思考，记录疑问，为课堂讨论做准备。

提交预习成果：学生将预习笔记和疑问提交至在线平台。

方法/手段/资源：

自主学习法：通过预习培养学生自主学习能力。

信息技术手段：利用在线平台方便监控和分享资源。

2.课中强化技能

教师活动：

导入新课：通过播放描述宇宙天体相互作用的视频，引入万有引力定律。

讲解知识点：详细讲解万有引力定律的公式推导，结合地球和月球之间的引力关系进行讲解。

组织课堂活动：设计小组讨论，让学生计算不同质量的物体之间的引力大小。

解答疑问：针对学生提出的关于引力势能和机械能守恒的问题进行解答。

学生活动：

听讲并思考：学生认真听讲，思考老师提出的问题。

参与课堂活动：学生积极参与计算和讨论，尝试应用万有引力定律解决实际问题。

提问与讨论：学生提出疑问，与其他同学和老师一起探讨。

方法/手段/资源：

讲授法：通过讲解帮助学生掌握万有引力定律的核心内容。

实践活动法：通过计算和讨论活动，让学生在实践中应用定律。

合作学习法：通过小组合作，培养学生的团队协作能力。

3.课后拓展应用

教师活动：

布置作业：布置涉及万有引力定律应用的计算题，如计算卫星轨道的周期。

提供拓展资源：推荐相关书籍和在线资源，鼓励学生进一步探索。

反馈作业情况：批改作业，针对学生的错误提供反馈和指导。

学生活动：

完成作业：学生独立完成作业，巩固课堂所学。

拓展学习：学生利用拓展资源进行深入学习，如研究黑洞或中子星。

反思总结：学生反思自己的学习过程，总结学习心得。

方法/手段/资源：

自主学习法：学生通过完成作业和拓展学习，提高自主学习能力。

反思总结法：通过反思，学生能够更好地理解自己的学习过程和结果。教学资源拓展1.拓展资源：

（1）天体物理学：介绍天体物理学的基本概念，如恒星、行星、黑洞等，以及它们与万有引力定律的关系。

（2）宇宙大尺度结构：探讨宇宙中的星系、星系团以及它们之间的引力作用，引导学生理解宇宙的宏观结构。

（3）广义相对论：简要介绍爱因斯坦的广义相对论，以及它与牛顿万有引力定律的关系，让学生了解物理学的发展历程。

（4）航天技术：介绍航天技术的发展历程，以及万有引力定律在航天技术中的应用，如卫星轨道设计、航天器发射等。

（5）地球物理学：探讨地球物理学中的重力场、地壳构造等，以及万有引力定律在地球物理学中的应用。

2.拓展建议：

（1）天体物理学：

-阅读相关科普书籍，如《宇宙简史》等，了解宇宙的基本知识和天体物理学的发展历程。

-观看科普视频，如《宇宙大爆炸》等，直观感受宇宙的广阔和神秘。

（2）宇宙大尺度结构：

-学习星系、星系团等天体的相关知识，了解宇宙中的引力作用。

-探索宇宙大尺度结构的研究方法，如观测、数据分析等。

（3）广义相对论：

-阅读爱因斯坦的《相对论原理》等经典著作，了解广义相对论的基本思想和实验验证。

-参加物理讲座或研讨会，与专家学者交流，深入了解广义相对论。

（4）航天技术：

-关注航天领域的最新动态，如卫星发射、航天器设计等。

-参观航天博物馆或科技馆，了解航天技术的发展历程。

（5）地球物理学：

-学习地球物理学的基本知识，如重力场、地壳构造等。

-探索地球物理学在资源勘探、环境保护等方面的应用。典型例题讲解例题1：

已知地球半径为R，质量为M，某卫星绕地球做匀速圆周运动，卫星的质量为m，轨道半径为r。求卫星的线速度v。

解答：

根据万有引力定律，卫星所受的引力为：

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

其中，G为万有引力常数。

由于卫星做匀速圆周运动，引力提供向心力，所以有：

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

将引力公式代入向心力公式，得到：

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

化简后得到卫星的线速度v：

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

例题2：

月球绕地球的轨道半径约为3.84×10^8米，月球质量约为7.34×10^22千克，地球质量约为5.97×10^24千克。求月球绕地球运动的周期T。

解答：

根据万有引力定律，月球所受的引力为：

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

其中，M为地球质量，m为月球质量，r为月球轨道半径，G为万有引力常数。

月球绕地球运动的向心力由引力提供，所以有：

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

将引力公式代入向心力公式，得到：

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

化简后得到月球绕地球运动的周期T：

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

代入已知数值计算得到：

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

例题3：

地球同步卫星的轨道半径约为4.22×10^7米，地球质量约为5.97×10^24千克。求地球同步卫星的线速度v。

解答：

根据万有引力定律，卫星所受的引力为：

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

其中，M为地球质量，m为卫星质量，r为卫星轨道半径，G为万有引力常数。

卫星做匀速圆周运动，引力提供向心力，所以有：

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

将引力公式代入向心力公式，得到：

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

化简后得到卫星的线速度v：

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

代入已知数值计算得到：

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

例题4：

地球表面某物体受到的重力为9.8牛顿，地球半径约为6.37×10^6米。求该物体的质量m。

解答：

根据万有引力定律，物体所受的引力为：

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

其中，M为地球质量，m为物体质量，r为地球半径，G为万有引力常数。

物体在地球表面受到的重力等于引力，所以有：

\[F=mg\]

其中，g为地球表面的重力加速度。

将引力公式代入重力公式，得到：

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

化简后得到物体的质量m：

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

代入已知数值计算得到：

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

例题5：

地球同步卫星的轨道半径约为4.22×10^7米，地球质量约为5.97×10^24千克。求地球同步卫星的向心加速度a。

解答：

根据万有引力定律，卫星所受的引力为：

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

其中，M为地球质量，m为卫星质量，r为卫星轨道半径，G为万有引力常数。

卫星做匀速圆周运动，引力提供向心力，所以有：

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

将引力公式代入向心力公式，得到：

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

化简后得到卫星的向心加速度a：

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

代入已知数值计算得到：

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