7.2.2万有引力定律教学设计-2023-2024学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
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-播放相关视频，如万有引力定律的推导过程、卡文迪许扭秤实验等，帮助学生直观地理解抽象概念。
-利用在线工具，如物理学科网站、教育平台等，提供丰富的学习资源，方便学生查阅和拓展学习。
教学过程设计
1.导入新律的兴趣，激发其探索宇宙奥秘的欲望。
过程：
开场提问：“你们知道万有引力定律是什么吗？它如何影响着我们的生活？”
2.过程与方法：
-通过案例分析、小组讨论等教学活动，培养分析和解决问题的能力，提高合作学习的能力。
-通过实验、观察等实践活动，培养科学探究精神，提高实验操作和数据分析能力。
-学会运用现代教育技术，如PPT、视频、在线工具等，拓展学习渠道，提高自主学习能力。
3.情感态度与价值观：
-增强对物理学科的兴趣，激发探索宇宙奥秘的热情，培养科学精神。
（3）万有引力定律的应用：以天体运动为例，讲解万有引力定律在实际问题中的应用，如地球绕太阳的运动、卫星轨道计算等。
（4）万有引力与牛顿运动定律的关系：强调万有引力定律是牛顿运动定律在天体物理学领域的具体应用，使学生理解物理规律的统一性。
2.教学难点
（1）万有引力定律的推导：引导学生理解万有引力定律的推导过程，特别是对向心力、圆周运动等概念的理解，帮助学生掌握万有引力定律的来源。
3. ③万有引力与牛顿运动定律的关系：强调万有引力定律是牛顿运动定律在天体物理学领域的具体应用，使学生理解物理规律的统一性。
板书设计：
1.万有引力定律
-定义：物体间的相互吸引作用
-表达式：F=G(m1m2/r^2)
-物理意义：与物体质量、距离的关系
2.万有引力定律的应用
-天体运动：地球绕太阳的运动
-卫星轨道：计算卫星的轨道参数
3.万有引力与牛顿运动定律
-万有引力定律是牛顿运动定律在天体物理学领域的具体应用
-理解物理规律的统一性
重点题型整理
1.计算题：地球绕太阳运动的向心力的计算
问题：已知地球的质量m1、太阳的质量m2、地球与太阳之间的距离r，计算地球绕太阳运动的向心力F。
答案：F = G(m1m2/r^2)
补充说明：根据万有引力定律，向心力由地球与太阳之间的万有引力提供。
1.讲授法：教师以清晰、简练的语言，系统地讲解万有引力定律的基本概念、表达式、应用等核心内容，为学生奠定扎实的理论基础。
-结合课本内容，通过PPT展示，逐步推导万有引力定律，强调关键步骤和物理意义。
2.讨论法：组织学生进行小组讨论，针对万有引力定律的推导和应用等问题展开思考，培养学生独立思考和团队协作能力。
2.计算题：卫星轨道速度的计算
问题：已知卫星的质量m、地球的质量M、卫星与地球表面的距离h，计算卫星在轨道上的速度v。
答案：v = √(GM/(R+h))
补充说明：这里R是地球半径，G是万有引力常量。通过将卫星所受的万有引力等于向心力，可以求得卫星的轨道速度。
3.计算题：双星系统的轨道周期计算
问题：已知双星系统中两颗星的质量分别为m1和m2，它们之间的距离为r，计算双星系统的轨道周期T。
展示一些关于天体运动的图片或视频片段，让学生初步感受万有引力定律的魅力。
简短介绍万有引力定律的基本概念及其在宇宙中的重要性，为接下来的学习打下基础。
2.万有引力定律基础知识讲解（10分钟）
目标：让学生了解万有引力定律的基本概念、表达式及物理意义。
过程：
讲解万有引力定律的定义及其表达式F=G(m1m2/r^2)。
-设计讨论话题，如“万有引力定律在生活中的应用”、“如何利用万有引力定律解释天体运动现象”等。
3.案例研究：通过分析具体案例，如地球绕太阳的运动、卫星轨道计算等，让学生将理论知识与实际问题相结合，提高解决问题的能力。
-选择课本中的典型案例，引导学生运用万有引力定律进行分析和讨论。
4.项目导向学习：设置研究项目，如“设计一颗人造卫星的轨道参数”，鼓励学生自主探究、分工合作，培养学生的创新精神和实践能力。
通过图表或示意图，详细介绍万有引力定律的组成部分和原理。
通过实例，如地球绕太阳的运动，让学生更好地理解万有引力定律的实际应用。
3.万有引力定律案例分析（20分钟）
目标：通过具体案例，让学生深入了解万有引力定律的特性和应用。
过程：
选择几个典型的案例，如卡文迪许扭秤实验、卫星轨道计算等进行分析。
详细介绍每个案例的背景、特点和意义，让学生全面了解万有引力定律的多样性。
答案：T = 2π√(r^3/(G(m1+m2)))
补充说明：双星系统中，两颗星围绕它们的质心做匀速圆周运动，轨道周期相同。
4.应用题：估算地球表面的重力加速度
问题：已知地球半径R、质量M，估算地球表面的重力加速度g。
答案：g = G(M/R^2)
补充说明：地球表面的重力是由地球对物体的万有引力产生的，通过上述公式可以估算重力加速度。
5.课后巩固与应用：
-通过课后作业，如撰写短文或报告，巩固所学知识，提高写作表达能力。
-将所学知识应用于日常生活和学习中，如解释生活中的引力现象，培养学以致用的能力。
内容逻辑关系
2. ②万有引力定律的应用：通过案例分析，如地球绕太阳的运动、卫星轨道计算等，让学生将理论知识与实际问题相结合，提高解决问题的能力。
教学难点与重点
1.教学重点
（1）万有引力定律的表达式及其物理意义：重点讲解万有引力定律的表达式F=G(m1m2/r^2)，使学生理解公式中各物理量的含义，掌握万有引力与物体质量、距离的关系。
（2）万有引力常量G的测定及其意义：强调万有引力常量G的重要性，介绍卡文迪许扭秤实验，让学生了解G的测定方法及其在科学研究中的应用。
举例：讲解地球绕太阳运动的向心力来源，以及如何利用牛顿运动定律推导出万有引力定律。
（2）万有引力常量G的理解：万有引力常量G是教学难点，因为其数值较小，容易让学生产生疑惑。
举例：通过卡文迪许扭秤实验的介绍，让学生理解G的测定过程，以及G在计算万有引力时的作用。
（3）万有引力与重力概念的区分：万有引力与重力是两个容易混淆的概念，需明确区分。
举例：解释地球表面物体所受的重力是由地球对物体的万有引力产生的，但两者并非同一概念。
（4）万有引力定律在实际问题中的应用：如何将万有引力定律应用于实际问题，是学生学习的难点。
举例：以卫星轨道计算为例，讲解如何利用万有引力定律求解卫星的轨道半径、速度等参数。
教学方法与策略
为了实现教学目标，充分考虑学习者特点，本节课将采用以下教学方法与策略：
-认识到万有引力定律在现实生活和科技发展中的重要性，增强社会责任感和使命感。
-在学习过程中，学会尊重他人意见，勇于表达自己观点，培养良好的沟通能力。
4.创新与实践：
-在项目导向学习中，能够独立思考、分工合作，提出创新性的想法或解决方案。
-结合课本知识，将理论知识与实际问题相结合，尝试解决实际问题，提高创新能力。
引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用万有引力定律解决实际问题。
小组讨论：让学生分组讨论万有引力定律在未来宇宙探索中的应用和改进方向。
4.学生小组讨论（10分钟）
目标：培养学生的合作能力和解决问题的能力。
过程：
将学生分成若干小组，每组选择一个与万有引力定律相关的主题进行深入讨论。
小组内讨论该主题的现状、挑战以及可能的解决方案。
6.课堂小结（5分钟）
目标：回顾本节课的主要内容，强调万有引力定律的重要性和意义。
过程：
简要回顾本节课的学习内容，包括万有引力定律的基本概念、表达式、案例分析等。
强调万有引力定律在现实生活和宇宙探索中的价值和作用，鼓励学生进一步探索和应用。
布置课后作业：让学生撰写一篇关于万有引力定律的短文或报告，以巩固学习效果。
-制定项目任务书，明确项目目标、要求、评价标准等。
5.实验法：组织学生进行物理实验，如卡文迪许扭秤实验，让学生亲身体验科学探究过程，增强对物理知识的理解。
-设计实验方案，引导学生观察实验现象，分析实验数据，总结实验规律。
6.教学媒体和资源使用：
-利用PPT展示教学内容，突出重点、难点，形象生动地展示物理过程。
每组选出一名代表，准备向全班展示讨论成果。
5.课堂展示与点评（15分钟）
目标：锻炼学生的表达能力，同时加深全班对万有引力定律的认识和理解。
过程：
各组代表依次上台展示讨论成果，包括主题的现状、挑战及解决方案。
其他学生和教师对展示内容进行提问和点评，促进互动交流。
教师总结各组的亮点和不足，并提出进一步的建议和改进方向。
问题：在地球表面，为什么物体的重量会随着纬度的变化而变化？
答案：地球是一个旋转的椭球体，赤道半径大于极半径。在赤道处，物体所受的向心加速度最大，导致重力分量减小，因此重量相对较小；而在极点处，向心加速度为零，重力分量最大，因此重量相对较大。
补充说明：这种关系可以通过万有引力定律和地球旋转的物理原理来解释。
核心素养目标分析
本节课的核心素养目标旨在通过万有引力定律的学习，提升学生的物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任。首先，培养学生建立宇宙万物相互作用的物理观念，理解万有引力定律是自然界一种基本力的表现，认识到物理规律在自然界中的普遍适用性。其次，通过分析万有引力定律的推导过程，锻炼学生的科学思维能力，提高逻辑推理和数学运算能力，深化对物理定律内涵的理解。再次，引导学生运用万有引力定律解决实际问题，培养科学探究能力，让学生在实践中体验科学方法，掌握科学研究的步骤和技巧。最后，强调科学态度与责任，激发学生对探索宇宙奥秘的兴趣，培养其尊重科学、追求真理的精神，增强学生的社会责任感和时代使命感。通过本节课的学习，帮助学生全面提升物理学科核心素养，为未来的学习和生活打下坚实基础。
7.2.2万有引力定律教学设计-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册
授课内容
授课时数
授课班级
授课人数
授课地点
授课时间
教学内容分析
本节课的主要教学内容为人教版（2019）必修第二册的7.2.2节，万有引力定律。内容包括万有引力定律的基本概念、表达式、应用及其与物体运动的关系。教学内容与学生已有知识的联系在于，学生在之前的学习中掌握了牛顿运动定律、向心力、圆周运动等基础知识，为本节课理解万有引力定律提供了必要的前提。通过本节课的学习，学生将能够将万有引力定律与之前所学的知识体系相融合，进一步理解天体运动规律和宇宙中的物理现象。
学生学习效果
1.知识与技能：
-掌握万有引力定律的表达式及其物理意义，能够解释万有引力与物体质量、距离的关系。
-理解万有引力常量G的测定及其在科学研究中的应用，能够运用G进行相关计算。
-能够运用万有引力定律解释天体运动规律，如地球绕太阳的运动、卫星轨道计算等。
-学会运用物理规律（如牛顿运动定律）推导万有引力定律，理解物理规律的统一性。
5.分析题：比较不同行星绕太阳运动的向心加速度
问题：已知不同行星的质量、与太阳的距离，比较它们绕太阳运动的向心加速度。
答案：向心加速度a = G(M_sun/r^2)，其中M_sun是太阳的质量，r是行星与太阳的距离。
补充说明：向心加速度与行星与太阳之间的距离平方成反比，与太阳质量成正比。
6.分析题：讨论在地球表面，物体重量与纬度的关系
-利用在线工具，如物理学科网站、教育平台等，提供丰富的学习资源，方便学生查阅和拓展学习。
教学过程设计
1.导入新律的兴趣，激发其探索宇宙奥秘的欲望。
过程：
开场提问：“你们知道万有引力定律是什么吗？它如何影响着我们的生活？”
2.过程与方法：
-通过案例分析、小组讨论等教学活动，培养分析和解决问题的能力，提高合作学习的能力。
-通过实验、观察等实践活动，培养科学探究精神，提高实验操作和数据分析能力。
-学会运用现代教育技术，如PPT、视频、在线工具等，拓展学习渠道，提高自主学习能力。
3.情感态度与价值观：
-增强对物理学科的兴趣，激发探索宇宙奥秘的热情，培养科学精神。
（3）万有引力定律的应用：以天体运动为例，讲解万有引力定律在实际问题中的应用，如地球绕太阳的运动、卫星轨道计算等。
（4）万有引力与牛顿运动定律的关系：强调万有引力定律是牛顿运动定律在天体物理学领域的具体应用，使学生理解物理规律的统一性。
2.教学难点
（1）万有引力定律的推导：引导学生理解万有引力定律的推导过程，特别是对向心力、圆周运动等概念的理解，帮助学生掌握万有引力定律的来源。
3. ③万有引力与牛顿运动定律的关系：强调万有引力定律是牛顿运动定律在天体物理学领域的具体应用，使学生理解物理规律的统一性。
板书设计：
1.万有引力定律
-定义：物体间的相互吸引作用
-表达式：F=G(m1m2/r^2)
-物理意义：与物体质量、距离的关系
2.万有引力定律的应用
-天体运动：地球绕太阳的运动
-卫星轨道：计算卫星的轨道参数
3.万有引力与牛顿运动定律
-万有引力定律是牛顿运动定律在天体物理学领域的具体应用
-理解物理规律的统一性
重点题型整理
1.计算题：地球绕太阳运动的向心力的计算
问题：已知地球的质量m1、太阳的质量m2、地球与太阳之间的距离r，计算地球绕太阳运动的向心力F。
答案：F = G(m1m2/r^2)
补充说明：根据万有引力定律，向心力由地球与太阳之间的万有引力提供。
1.讲授法：教师以清晰、简练的语言，系统地讲解万有引力定律的基本概念、表达式、应用等核心内容，为学生奠定扎实的理论基础。
-结合课本内容，通过PPT展示，逐步推导万有引力定律，强调关键步骤和物理意义。
2.讨论法：组织学生进行小组讨论，针对万有引力定律的推导和应用等问题展开思考，培养学生独立思考和团队协作能力。
2.计算题：卫星轨道速度的计算
问题：已知卫星的质量m、地球的质量M、卫星与地球表面的距离h，计算卫星在轨道上的速度v。
答案：v = √(GM/(R+h))
补充说明：这里R是地球半径，G是万有引力常量。通过将卫星所受的万有引力等于向心力，可以求得卫星的轨道速度。
3.计算题：双星系统的轨道周期计算
问题：已知双星系统中两颗星的质量分别为m1和m2，它们之间的距离为r，计算双星系统的轨道周期T。
展示一些关于天体运动的图片或视频片段，让学生初步感受万有引力定律的魅力。
简短介绍万有引力定律的基本概念及其在宇宙中的重要性，为接下来的学习打下基础。
2.万有引力定律基础知识讲解（10分钟）
目标：让学生了解万有引力定律的基本概念、表达式及物理意义。
过程：
讲解万有引力定律的定义及其表达式F=G(m1m2/r^2)。
-设计讨论话题，如“万有引力定律在生活中的应用”、“如何利用万有引力定律解释天体运动现象”等。
3.案例研究：通过分析具体案例，如地球绕太阳的运动、卫星轨道计算等，让学生将理论知识与实际问题相结合，提高解决问题的能力。
-选择课本中的典型案例，引导学生运用万有引力定律进行分析和讨论。
4.项目导向学习：设置研究项目，如“设计一颗人造卫星的轨道参数”，鼓励学生自主探究、分工合作，培养学生的创新精神和实践能力。
通过图表或示意图，详细介绍万有引力定律的组成部分和原理。
通过实例，如地球绕太阳的运动，让学生更好地理解万有引力定律的实际应用。
3.万有引力定律案例分析（20分钟）
目标：通过具体案例，让学生深入了解万有引力定律的特性和应用。
过程：
选择几个典型的案例，如卡文迪许扭秤实验、卫星轨道计算等进行分析。
详细介绍每个案例的背景、特点和意义，让学生全面了解万有引力定律的多样性。
答案：T = 2π√(r^3/(G(m1+m2)))
补充说明：双星系统中，两颗星围绕它们的质心做匀速圆周运动，轨道周期相同。
4.应用题：估算地球表面的重力加速度
问题：已知地球半径R、质量M，估算地球表面的重力加速度g。
答案：g = G(M/R^2)
补充说明：地球表面的重力是由地球对物体的万有引力产生的，通过上述公式可以估算重力加速度。
5.课后巩固与应用：
-通过课后作业，如撰写短文或报告，巩固所学知识，提高写作表达能力。
-将所学知识应用于日常生活和学习中，如解释生活中的引力现象，培养学以致用的能力。
内容逻辑关系
2. ②万有引力定律的应用：通过案例分析，如地球绕太阳的运动、卫星轨道计算等，让学生将理论知识与实际问题相结合，提高解决问题的能力。
教学难点与重点
1.教学重点
（1）万有引力定律的表达式及其物理意义：重点讲解万有引力定律的表达式F=G(m1m2/r^2)，使学生理解公式中各物理量的含义，掌握万有引力与物体质量、距离的关系。
（2）万有引力常量G的测定及其意义：强调万有引力常量G的重要性，介绍卡文迪许扭秤实验，让学生了解G的测定方法及其在科学研究中的应用。
举例：讲解地球绕太阳运动的向心力来源，以及如何利用牛顿运动定律推导出万有引力定律。
（2）万有引力常量G的理解：万有引力常量G是教学难点，因为其数值较小，容易让学生产生疑惑。
举例：通过卡文迪许扭秤实验的介绍，让学生理解G的测定过程，以及G在计算万有引力时的作用。
（3）万有引力与重力概念的区分：万有引力与重力是两个容易混淆的概念，需明确区分。
举例：解释地球表面物体所受的重力是由地球对物体的万有引力产生的，但两者并非同一概念。
（4）万有引力定律在实际问题中的应用：如何将万有引力定律应用于实际问题，是学生学习的难点。
举例：以卫星轨道计算为例，讲解如何利用万有引力定律求解卫星的轨道半径、速度等参数。
教学方法与策略
为了实现教学目标，充分考虑学习者特点，本节课将采用以下教学方法与策略：
-认识到万有引力定律在现实生活和科技发展中的重要性，增强社会责任感和使命感。
-在学习过程中，学会尊重他人意见，勇于表达自己观点，培养良好的沟通能力。
4.创新与实践：
-在项目导向学习中，能够独立思考、分工合作，提出创新性的想法或解决方案。
-结合课本知识，将理论知识与实际问题相结合，尝试解决实际问题，提高创新能力。
引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用万有引力定律解决实际问题。
小组讨论：让学生分组讨论万有引力定律在未来宇宙探索中的应用和改进方向。
4.学生小组讨论（10分钟）
目标：培养学生的合作能力和解决问题的能力。
过程：
将学生分成若干小组，每组选择一个与万有引力定律相关的主题进行深入讨论。
小组内讨论该主题的现状、挑战以及可能的解决方案。
6.课堂小结（5分钟）
目标：回顾本节课的主要内容，强调万有引力定律的重要性和意义。
过程：
简要回顾本节课的学习内容，包括万有引力定律的基本概念、表达式、案例分析等。
强调万有引力定律在现实生活和宇宙探索中的价值和作用，鼓励学生进一步探索和应用。
布置课后作业：让学生撰写一篇关于万有引力定律的短文或报告，以巩固学习效果。
-制定项目任务书，明确项目目标、要求、评价标准等。
5.实验法：组织学生进行物理实验，如卡文迪许扭秤实验，让学生亲身体验科学探究过程，增强对物理知识的理解。
-设计实验方案，引导学生观察实验现象，分析实验数据，总结实验规律。
6.教学媒体和资源使用：
-利用PPT展示教学内容，突出重点、难点，形象生动地展示物理过程。
每组选出一名代表，准备向全班展示讨论成果。
5.课堂展示与点评（15分钟）
目标：锻炼学生的表达能力，同时加深全班对万有引力定律的认识和理解。
过程：
各组代表依次上台展示讨论成果，包括主题的现状、挑战及解决方案。
其他学生和教师对展示内容进行提问和点评，促进互动交流。
教师总结各组的亮点和不足，并提出进一步的建议和改进方向。
问题：在地球表面，为什么物体的重量会随着纬度的变化而变化？
答案：地球是一个旋转的椭球体，赤道半径大于极半径。在赤道处，物体所受的向心加速度最大，导致重力分量减小，因此重量相对较小；而在极点处，向心加速度为零，重力分量最大，因此重量相对较大。
补充说明：这种关系可以通过万有引力定律和地球旋转的物理原理来解释。
核心素养目标分析
本节课的核心素养目标旨在通过万有引力定律的学习，提升学生的物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任。首先，培养学生建立宇宙万物相互作用的物理观念，理解万有引力定律是自然界一种基本力的表现，认识到物理规律在自然界中的普遍适用性。其次，通过分析万有引力定律的推导过程，锻炼学生的科学思维能力，提高逻辑推理和数学运算能力，深化对物理定律内涵的理解。再次，引导学生运用万有引力定律解决实际问题，培养科学探究能力，让学生在实践中体验科学方法，掌握科学研究的步骤和技巧。最后，强调科学态度与责任，激发学生对探索宇宙奥秘的兴趣，培养其尊重科学、追求真理的精神，增强学生的社会责任感和时代使命感。通过本节课的学习，帮助学生全面提升物理学科核心素养，为未来的学习和生活打下坚实基础。
7.2.2万有引力定律教学设计-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册
授课内容
授课时数
授课班级
授课人数
授课地点
授课时间
教学内容分析
本节课的主要教学内容为人教版（2019）必修第二册的7.2.2节，万有引力定律。内容包括万有引力定律的基本概念、表达式、应用及其与物体运动的关系。教学内容与学生已有知识的联系在于，学生在之前的学习中掌握了牛顿运动定律、向心力、圆周运动等基础知识，为本节课理解万有引力定律提供了必要的前提。通过本节课的学习，学生将能够将万有引力定律与之前所学的知识体系相融合，进一步理解天体运动规律和宇宙中的物理现象。
学生学习效果
1.知识与技能：
-掌握万有引力定律的表达式及其物理意义，能够解释万有引力与物体质量、距离的关系。
-理解万有引力常量G的测定及其在科学研究中的应用，能够运用G进行相关计算。
-能够运用万有引力定律解释天体运动规律，如地球绕太阳的运动、卫星轨道计算等。
-学会运用物理规律（如牛顿运动定律）推导万有引力定律，理解物理规律的统一性。
5.分析题：比较不同行星绕太阳运动的向心加速度
问题：已知不同行星的质量、与太阳的距离，比较它们绕太阳运动的向心加速度。
答案：向心加速度a = G(M_sun/r^2)，其中M_sun是太阳的质量，r是行星与太阳的距离。
补充说明：向心加速度与行星与太阳之间的距离平方成反比，与太阳质量成正比。
6.分析题：讨论在地球表面，物体重量与纬度的关系