2024-2025學(xué)年高中物理 第3章 3 萬有引力定律的應(yīng)用教案 教科版必修2

2024-2025學(xué)年高中物理第3章3萬有引力定律的應(yīng)用教案教科版必修2學(xué)校授課教師課時(shí)授課班級(jí)授課地點(diǎn)教具教學(xué)內(nèi)容2024-2025學(xué)年高中物理第3章3節(jié)“萬有引力定律的應(yīng)用”，教科版必修2。本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容主要包括：回顧萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)及其表達(dá)式；探討萬有引力定律在天體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用，如地球衛(wèi)星軌道、月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)等；學(xué)習(xí)利用萬有引力定律計(jì)算天體質(zhì)量及解決實(shí)際問題的方法；結(jié)合實(shí)際案例分析，理解萬有引力定律在我國航天事業(yè)中的重要性。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握萬有引力定律的基本應(yīng)用，提高學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。核心素養(yǎng)目標(biāo)教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)

-萬有引力定律的表達(dá)式及其物理意義；

-萬有引力定律在天體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用；

-利用萬有引力定律解決實(shí)際問題的方法；

-萬有引力定律在我國航天事業(yè)中的應(yīng)用案例。

舉例：重點(diǎn)講解萬有引力定律的公式\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)，強(qiáng)調(diào)\(G\)的常數(shù)性質(zhì)，\(m_1\)和\(m_2\)代表的天體質(zhì)量，以及\(r\)表示距離對(duì)引力的影響。

2.教學(xué)難點(diǎn)

-理解萬有引力定律中的向心力概念及其在天體運(yùn)動(dòng)中的作用；

-掌握如何從給定的信息中計(jì)算出天體的質(zhì)量；

-解決涉及天體運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，對(duì)物理模型的簡化處理；

-將理論應(yīng)用于復(fù)雜情況，如多天體系統(tǒng)中萬有引力的計(jì)算。

舉例：難點(diǎn)在于讓學(xué)生理解萬有引力提供了向心力，維持天體的圓周運(yùn)動(dòng)，例如地球衛(wèi)星的軌道運(yùn)動(dòng)。需要通過圖示和實(shí)例，幫助學(xué)生構(gòu)建模型，理解向心力的來源和計(jì)算方法，以及在實(shí)際問題中如何應(yīng)用萬有引力定律進(jìn)行求解。同時(shí)，指導(dǎo)學(xué)生如何處理多天體系統(tǒng)中相互作用力的復(fù)雜性，簡化問題，抓住主要因素進(jìn)行計(jì)算。教學(xué)資源1.硬件資源：

-投影儀或智能黑板；

-物理實(shí)驗(yàn)器材：質(zhì)量可測物體、彈簧秤、計(jì)算器等；

-航天模型或圖片。

2.軟件資源：

-多媒體教學(xué)軟件（PPT、動(dòng)畫等）；

-物理模擬軟件（如PhET、Celestia等）；

-天文觀測軟件。

3.課程平臺(tái)：

-學(xué)校在線學(xué)習(xí)平臺(tái)；

-教育資源共享平臺(tái)；

-數(shù)字圖書館資源。

4.信息化資源：

-網(wǎng)絡(luò)教育資源（視頻、文章等）；

-電子教科書；

-在線試題庫。

5.教學(xué)手段：

-小組合作學(xué)習(xí)；

-探究式教學(xué)；

-實(shí)踐操作活動(dòng)；

-案例分析討論。教學(xué)過程設(shè)計(jì)1.導(dǎo)入新課（5分鐘）

目標(biāo)：激發(fā)學(xué)生興趣，建立新舊知識(shí)聯(lián)系。

過程：通過展示神州系列飛船發(fā)射升空的視頻片段，引發(fā)學(xué)生對(duì)航天及天體運(yùn)動(dòng)的好奇心，回顧之前學(xué)習(xí)的圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)，為新課的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

2.知識(shí)回顧與新課引入（10分鐘）

目標(biāo)：鞏固萬有引力定律的基礎(chǔ)知識(shí)，導(dǎo)入新課內(nèi)容。

過程：快速復(fù)習(xí)萬有引力定律的基本概念和公式，通過問題引導(dǎo)，如“萬有引力定律是如何影響天體運(yùn)動(dòng)的？”引入新課內(nèi)容，展示地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫，讓學(xué)生直觀感受萬有引力的作用。

3.新課內(nèi)容講解與實(shí)例分析（20分鐘）

目標(biāo)：使學(xué)生理解并掌握萬有引力定律在天體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用。

過程：詳細(xì)講解萬有引力定律在天體運(yùn)動(dòng)中的計(jì)算方法，結(jié)合實(shí)例分析，如計(jì)算地球衛(wèi)星的軌道半徑和周期。通過物理模擬軟件演示，幫助學(xué)生形象理解。

4.學(xué)生小組討論（10分鐘）

目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的合作能力和解決問題的能力。

過程：將學(xué)生分為小組，針對(duì)特定問題，如“如何計(jì)算兩個(gè)天體的質(zhì)量”，進(jìn)行討論，教師巡回指導(dǎo)，解答學(xué)生疑問。

5.課堂展示與點(diǎn)評(píng)（15分鐘）

目標(biāo)：檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，提高學(xué)生的表達(dá)和思考能力。

過程：各小組展示討論成果，教師點(diǎn)評(píng)并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行互評(píng)，總結(jié)正確的方法和思路。

6.課堂小結(jié)（5分鐘）

目標(biāo)：鞏固本節(jié)課所學(xué)知識(shí)，明確學(xué)習(xí)重點(diǎn)。

過程：教師帶領(lǐng)學(xué)生總結(jié)本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)萬有引力定律在天體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用和計(jì)算方法，布置相關(guān)作業(yè)，為下一節(jié)課的學(xué)習(xí)做好鋪墊。學(xué)生學(xué)習(xí)效果1.知識(shí)掌握：

-理解并掌握萬有引力定律的基本概念和表達(dá)式；

-學(xué)會(huì)運(yùn)用萬有引力定律解決天體運(yùn)動(dòng)問題，如計(jì)算衛(wèi)星軌道、周期等；

-了解萬有引力定律在我國航天事業(yè)中的應(yīng)用，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

2.能力提升：

-提高學(xué)生的觀察能力和邏輯思維能力，能從實(shí)際問題中抽象出物理模型；

-培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和溝通表達(dá)能力，通過小組討論、課堂展示等方式；

-增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，尤其是航天領(lǐng)域的應(yīng)用。

3.情感態(tài)度：

-增進(jìn)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的興趣，激發(fā)他們探索宇宙、航天等領(lǐng)域的熱情；

-培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，使他們認(rèn)識(shí)到物理知識(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中的重要性；

-增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感，了解我國在航天領(lǐng)域取得的成就。

4.方法運(yùn)用：

-學(xué)會(huì)使用物理模擬軟件、天文觀測軟件等工具輔助學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率；

-掌握通過觀察、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算等方法研究天體運(yùn)動(dòng)的一般過程；

-學(xué)會(huì)在復(fù)雜問題中抓住關(guān)鍵因素，進(jìn)行合理簡化，解決問題。

5.創(chuàng)新意識(shí)：

-鼓勵(lì)學(xué)生提出新的問題，勇于挑戰(zhàn)傳統(tǒng)觀念，培養(yǎng)創(chuàng)新思維；

-引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)拓展到其他領(lǐng)域，如工程設(shè)計(jì)、環(huán)境保護(hù)等；

-激發(fā)學(xué)生探索未知世界的興趣，培養(yǎng)他們敢于創(chuàng)新的精神。板書設(shè)計(jì)1.標(biāo)題：萬有引力定律的應(yīng)用

-萬有引力定律表達(dá)式：\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)

-天體運(yùn)動(dòng)應(yīng)用案例：地球衛(wèi)星軌道、月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)

2.重點(diǎn)內(nèi)容：

-向心力概念：\(F_c=\frac{mv^2}{r}\)

-天體質(zhì)量計(jì)算：\(m=\frac{Fr^2}{Gm}\)

-軌道周期計(jì)算：\(T=2\pi\sqrt{\frac{r^3}{GM}}\)

3.結(jié)構(gòu)布局：

-左側(cè)：萬有引力定律及公式

-右側(cè)：天體運(yùn)動(dòng)應(yīng)用實(shí)例及相關(guān)計(jì)算公式

-中間：向心力與天體運(yùn)動(dòng)關(guān)系圖示

4.藝術(shù)性與趣味性：

-使用不同顏色粉筆區(qū)分重點(diǎn)內(nèi)容、公式及實(shí)例

-繪制簡潔有趣的圖示，如地球與衛(wèi)星的軌道關(guān)系

-利用箭頭和框線突出邏輯關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生的思考順序

5.板書設(shè)計(jì)亮點(diǎn)：

-突出重點(diǎn)公式，便于學(xué)生記憶與復(fù)習(xí)

-圖文并茂，直觀展示天體運(yùn)動(dòng)關(guān)系

-結(jié)構(gòu)清晰，幫助學(xué)生理清思路，便于課堂筆記記錄典型例題講解例題1：計(jì)算地球同步衛(wèi)星的軌道半徑。

已知：地球質(zhì)量M，地球半徑R，地球自轉(zhuǎn)周期T。

解：由萬有引力定律，地球?qū)πl(wèi)星的引力提供了向心力，即\(F=\frac{GMm}{r^2}=\frac{mv^2}{r}\)，其中\(zhòng)(v=\frac{2\pir}{T}\)。解得衛(wèi)星的軌道半徑\(r=\sqrt[3]{\frac{GMT^2}{4\pi^2}}\)。

例題2：計(jì)算地球表面物體的重力。

已知：物體質(zhì)量m，地球表面重力加速度g，地球半徑R。

解：地球?qū)ξ矬w的重力\(F=mg\)，由萬有引力定律，\(g=\frac{GM}{R^2}\)，其中\(zhòng)(G\)為萬有引力常數(shù)。解得\(F=\frac{GMm}{R^2}\)。

例題3：計(jì)算繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星的周期。

已知：衛(wèi)星質(zhì)量m，衛(wèi)星軌道半徑r，地球質(zhì)量M。

解：由萬有引力定律，\(\frac{GMm}{r^2}=\frac{mv^2}{r}\)，解得衛(wèi)星的周期\(T=2\pi\sqrt{\frac{r^3}{GM}}\)。

例題4：計(jì)算雙星系統(tǒng)中兩星的質(zhì)量。

已知：兩星之間的距離L，兩星的周期T，兩星的軌道半徑分別為r1和r2。

解：兩星相互吸引，向心力相等，即\(\frac{Gm_1m_2}{L^2}=m_1\frac{v_1^2}{r_1}=m_2\frac{v_2^2}{r_2}\)，其中\(zhòng)(v_1=\frac{2\pir_1}{T}\)，\(v_2=\frac{2\pir_2}{T}\)。解得\(m_1=\frac{4\pi^2r_2L^2}{GT^2}\)，\(m_2=\frac{4\pi^2r_1L^2}{GT^2}\)。

例題5：計(jì)算天體在橢圓軌道上的速度。

已知：天體質(zhì)量m，近地點(diǎn)和遠(yuǎn)地點(diǎn)距離分別為r1和r2，橢圓軌道的長軸2a。

解：由開普勒第二定律，天體在橢圓軌道上的速度\(v=\sqrt{\frac{GM}{r}}\)，其中\(zhòng)(r\)為天體到橢圓中心的距離。在近地點(diǎn)和遠(yuǎn)地點(diǎn)，\(r=r1\)和\(r=r2\)。解得\(v_1=\sqrt{\frac{GM}{r1}}\)，\(v_2=\sqrt{\frac{GM}{r2}}\)。

補(bǔ)充說明：

1.例題1中，地球同步衛(wèi)星的軌道半徑與地球自轉(zhuǎn)