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人教版 (2019)必修 第二册2 万有引力定律教学设计
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这是一份人教版 (2019)必修 第二册2 万有引力定律教学设计，共6页。
课 题
人教版高中物理·必修·第二册
第七章第5节 万有引力理论的成就
课 型
新授课☑ 复习课□ 试卷讲评课□ 其他课□
授课班级
授课时间
教学内容分析
课标要求：
认识科学定律对人类探索未知世界的作用
教材分析：
本节课在教材编排上,属于应用万有引力定律的应用，是应用万有引力理论解决实际问题。通过问题的解决，进一步验证了万有引力定律的正确性，同时说明科学规律的价值是能解决实际问题，在这一过程中让学生体会科学的魅力，强化运动和相互作用观。教材首先以旧带新创设问题情境，通过熟知的杠杆原理制作出的天平可以测量质量，意识到利用学过的理论可以解决实际问题，提出质量地球质量的问题，启发学生去联系新学的万有引力定律来解决问题。接下来计算地球质量和太阳质量两个具体问题，引导学生在解决问题过程中完成两个模型建构和问题解。在解决上述问题后，安排了应用万有引力定律预见并发现未知天体，预言彗星回归并得以验证的历史过程，让学生了解这一体现万有引力理论价值的最生动的例证，激励学生增强学科兴，激发学生去进一步探索宇宙奥秘的欲望。课后安排了3个问题，进一步训练学生用建模的模型解决实际问题，实现知识方法的迁移应用和学生学科素养培养。
学情分析
知识储备：学生有通过理论解决实际问题的经历和意识，比如就用杠杆原理设计制作天平，解决测量物体质量的问题，有助于学生意识到计算天体质量的问题可能需要应用学习的万有引力定律来解决。
能力基础：学生通过学习，理解了万有引力定律，知道地面物体的重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，已经初步掌握了行星绕太阳运行是太阳引力提供向心力。
思维能力：解决过地面物体圆周运动中与向心力有关的问题，了解其基本方法和思路，这些对学习本节内容都起到了铺垫作用，是顺利完成本节内容学习的基础，对拓展学生的思维能力非常重要，循序渐进，有助于帮助学生知其然，并知其所以然。
核心素养
物理观念：了解行星绕恒星运动及卫星绕行星运动的共同点是万有引力提供行星、卫星做圆周运动的向心力。
科学思维：通过测量天体的质量，培养学生的模型建构能力和科学推理推理能力，能通过预测未知天体的学习活动,培养学生的科学论证和质疑创新能力。体会科学研究方法对人类认识自然的重要作用。
科学探究：培养学生的问题、交流能力，。
科学态度与责任：体会万有引力定律对人类探索和认识未知世界的作用，了解科学发展的曲折，感悟科学的本质和价值，树立正确的科学态度。
教学准备
多媒体课件
活动设计
教学内容
教师活动
学生活动
评价任务
活动一：导入新课
（一）检测导学案完成情况
1.检查导学案完成情况：
2.小组讨论导学案复习内容。
（1）巡视导学案完成情况；
（2）必要时可选讲导学案复习内容。
（1）小组长统计组内得分情况；
（2）小组讨论导学案复习内容。
（1）导学案完成小组评分；
（2）表扬完成优秀的同学；
（3）鼓励学生努力学习。
（二）展示学习目标
1.掌握万有引力定律在天文学中的简单应用,理解运用万有引力定律处理天体问题的思路、方法,体会科学定律的意义,会用万有引力定律计算天体的质量. 通过求解太阳、地球的质量,培养学生理论联系实际解决问题的能力.
2.通过介绍用万有引力定律发现未知天体、预言彗星回归的过程,提高学生对科学家们献身科学研究的认识,体会科学的魅力,培养学生用理论指导实践的能力和意识,进一步认识认识运动与相互作用的观念。
让学生 明确学习目标，做到有的放矢；
课后根据目标，学生自我评价得失情况。
（三）创设情境导入新课
新课导入
引用阿基米德说“给我一个支点，我可以撬动地球。”用到的原理启迪学生思考对于地球，还能用什么原理测量它的质量。
2、多媒体展示图片
1、学生思考。
2、试图用刚学习的万有引力理论去“称量”它的质量。
（1）观察学生对导入问题的思考情况；
（2）听学生的回答情况，评价学生的表达能力和思维。
活动二：新课教学
（一）“称量”地球的质量
互动探究
1 地面物体所受重力和引力满足什么定量关系？为什么说卡文迪什是称量地球质量的人，而不是牛顿
2 利用上述思路来称量太阳的质量可行吗？为什么？
３称量太阳质量的思路是什么？用称量地球质量的思路有什么不同。
“称量”地球的质量
问题导学:
请同学们阅读教材P55－56前两部分，并思考以下问题！
多媒体呈现问题。
问题： 如果要称量地球的质量，需要列出什么样的等量关系式？应该知道哪些条件？请你通过计算，看看地球质量到底有多大
观察下面图片,请思考:
人的重力近似认为等于受到的万有引力,根据等量关系mg=GMmR2可求地球质量.
1、学生阅读教材,尝试着推导出地球质量的表达式,在练习本上进行定量计算。
2、学生分小组讨论解答得出答案
1、明确学生学习任务；
2、从完成情况和书写情况等方面对学生的回答进行评价。
2、老师针对学生的学习后的情况进行归纳，从上面的问题可以知道,若已知星球表面的重力加速度g和星球的半径R,忽略星球自转的影响,星球的质量，如果知道引力常量G值，就可以得出天体的质量。
其中GM=gR2是在有关计算中常用到的一个替换关系,被称为“黄金代换”.
（二）计算天体的质量
计算天体的质量
如何测量太阳的质量？如果用上述测地球质量的思路，有什么困难？能否从另一个角度列出等量关系呢
点评:
[归纳总结] 称量天体质量的两种思路
1.天体表面重力加速度法
2.天体周围物体环绕法
注意:
①计算天体的质量的方法不仅适用于地球,也适用于其他任何星体.要明确计算出的是中心天体的质量.
②要注意R,r的区分.一般R指中心天体的半径,r指行星或卫星的轨道半径.若绕“近地”轨道运行,则有R=r.
引导学生思考下面的三个问题：
1．这两种思路，能计算天体表面物体和环绕物体的质量吗？为什么
2.这两种思路，在研究对象的选取上有个共同点，且与我们以前的做法不同，你发现它了吗？说说看
3.在测量天体质量的基础上，怎么进一步讨论天体的密度呢？需要进一步知道什么条件
[巩固练习]
1、练习：教材P58第3题
思考：我们建立了两个模型，列出两个等量关系，求算天体质量。如果天体质量已知，根据列方程讨论问题的习惯，还可以讨论什么问题？
2、练习：教材P58第1、2题
问题导学:请同学们阅读教材P57－58前，并思考以下几个问题！！
1 历史上，人们根据万有引力定律，还有哪些伟大的成就？
2人们是怎样应用万有引力定律来发现未知天体的？给你什么样的启迪？
学生1:应用万有引力定律求解天体质量的基本思路是:根据环绕天体的运动情况,求出其向心加速度,然后根据万有引力充当向心力,进而列方程求解.
学生2:从前面的学习知道,天体之间存在着相互作用的万有引力,而行星(或卫星)都在绕恒星(或行星)做近似圆周的运动,而物体做圆周运动时合力提供向心力,故对于天体所做的圆周运动的动力学方程只能是万有引力提供向心力,这也是求解中心天体质量时列方程的根据所在.
学生1:通过万有引力关系表达式可以知道不可以计算卫星的质量.因为等式两边卫星的质量消去了,只能计算地球的质量.
学生2:需要进一步知道中天体本身的半径R
阅读教材,从教材中找出相应的答案
1.根据学生的做题情况，结合提出的问题对学生的作答情况进行点评
2.利用物理原理对学生的作答情况进行评价，例如应用万有引力定律求解天体质量时,只能求解中心天体的质量,而不能求解环绕天体的质量。
求天体的质量，但不能以天体为研究对象，而要设想出一个物体，或是在这个天体表面、或绕这个天体圆周运动，做为研究对象。
要想求天体的密度还必须知道天体自身的半径。
3、对完成较好的同学给予适当的语言鼓励。
（三）发现未知天体和预言哈雷彗星回归
发现未知天体和预言哈雷彗星回归
人们是怎样应用万有引力定律来发现未知天体的?
[归纳总结]
(1)英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文学家勒维耶根据天王星的观测资料,利用万有引力定律计算出天王星外“新”行星的轨道.1846年9月23日,德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星——海王星.
(2)近100年来,人们在海王星的轨道之外又发现了冥王星、阋神星等几个较大的天体.
(3)哈雷彗星的“按时回归”确立了万有引力定律的地位.
（4）其它成就：如解释潮汐现象、地球表面重力加速度的微小差异等
引导学生阅读教材,从教材中找出下面问题相应的答案:
1、应用万有引力定律发现了那些未知的天体.
2：预言哈雷彗星的回归，其中1705年,那个国家的谁根据万有引力定律计算了一颗著名彗星的轨道并正确预言了它的回归. 即哈雷彗星.
3、多媒体课件呈现相应的问题
1、通过认真阅读教材学生进行快速回答第1个问题和第2个问题
2、学生通过阅读教材后得出，人们在长期的观察中发现天王星的实际运动轨道与应用万有引力定律计算出的轨道总存在一些偏差,所以怀疑在天王星轨道外面还可能存在有行星,然后应用万有引力定律,结合对天王星的观测资料,便计算出了另一颗行星的轨道,进而在计算的位置附近发现了新的行星.
对学生的完成情况进行评价，在物理上,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,也成为科学史上的美谈.诺贝尔物理学奖获得者、物理学家冯·劳厄说:“没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道的计算那样,如此有力地树立起人们对年轻的物理学的尊敬.从此以后,这门自然科学成了巨大的精神国……”
活动三：课堂检测
课堂检测
1．天王星是依据万有引力定律计算的轨道而发现的．( )
2．海王星的发现和彗星的按时回归确立了万有引力定律的地位．( )
3．牛顿根据万有引力定律计算出了海王星的轨道．( )
4．地球表面的物体的重力必然等于地球对它的万有引力．( )
5．若只知道某行星绕太阳做圆周运动的半径，则可以求出太阳的质量．( )
6．若知道某行星绕太阳做圆周运动的线速度和角速度，则可以求出太阳的质量．( )
7.若地球绕太阳公转的周期及公转轨道半径分别为T和R，月球绕地球公转的周期和公转轨道半径分别为t和r，则太阳质量与地球质量之比为( )
A.eq \f(R3t2,r3T2) B．eq \f(R3T2,r3t2) C.eq \f(R3t2,r2T3) D．eq \f(R3T2,r2t3)
在多媒体课件上呈现检测试题
巡视课堂对不会做的同学进行简要指导
根据学生的做题情况进行必要的的答题提示
对重点考察的题目进行强调
根据老师展示的问题结合自己所学习的知识内容进行题目训练
对不会做的问题向老师询问解答
针对学生的完成情况进行评价
就学生对知识的把握情况进行适当的强化和提醒
活动四：课堂小结
学到了什么？
1.“称量”地球的质量.
2.计算天体的质量.
3.发现未知天体和预言哈雷彗星回归
利用思维导图引导学生进行小结
小组讨论，总结本节课得失
梳理自己本节所学知识进行交流
根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
活动五：作业设计
P58 练习与应用第4题
指导学生完成练习，面批练习。
按要求完成练习。
从完成情况和书写情况等方面进行评价。
主板书设计
1.“称量”地球的质量
2.计算天体的质量
3.发现未知天体和预言哈雷彗星回归
教学反思
课 题
人教版高中物理·必修·第二册
第七章第5节 万有引力理论的成就
课 型
新授课☑ 复习课□ 试卷讲评课□ 其他课□
授课班级
授课时间
教学内容分析
课标要求：
认识科学定律对人类探索未知世界的作用
教材分析：
本节课在教材编排上,属于应用万有引力定律的应用，是应用万有引力理论解决实际问题。通过问题的解决，进一步验证了万有引力定律的正确性，同时说明科学规律的价值是能解决实际问题，在这一过程中让学生体会科学的魅力，强化运动和相互作用观。教材首先以旧带新创设问题情境，通过熟知的杠杆原理制作出的天平可以测量质量，意识到利用学过的理论可以解决实际问题，提出质量地球质量的问题，启发学生去联系新学的万有引力定律来解决问题。接下来计算地球质量和太阳质量两个具体问题，引导学生在解决问题过程中完成两个模型建构和问题解。在解决上述问题后，安排了应用万有引力定律预见并发现未知天体，预言彗星回归并得以验证的历史过程，让学生了解这一体现万有引力理论价值的最生动的例证，激励学生增强学科兴，激发学生去进一步探索宇宙奥秘的欲望。课后安排了3个问题，进一步训练学生用建模的模型解决实际问题，实现知识方法的迁移应用和学生学科素养培养。
学情分析
知识储备：学生有通过理论解决实际问题的经历和意识，比如就用杠杆原理设计制作天平，解决测量物体质量的问题，有助于学生意识到计算天体质量的问题可能需要应用学习的万有引力定律来解决。
能力基础：学生通过学习，理解了万有引力定律，知道地面物体的重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，已经初步掌握了行星绕太阳运行是太阳引力提供向心力。
思维能力：解决过地面物体圆周运动中与向心力有关的问题，了解其基本方法和思路，这些对学习本节内容都起到了铺垫作用，是顺利完成本节内容学习的基础，对拓展学生的思维能力非常重要，循序渐进，有助于帮助学生知其然，并知其所以然。
核心素养
物理观念：了解行星绕恒星运动及卫星绕行星运动的共同点是万有引力提供行星、卫星做圆周运动的向心力。
科学思维：通过测量天体的质量，培养学生的模型建构能力和科学推理推理能力，能通过预测未知天体的学习活动,培养学生的科学论证和质疑创新能力。体会科学研究方法对人类认识自然的重要作用。
科学探究：培养学生的问题、交流能力，。
科学态度与责任：体会万有引力定律对人类探索和认识未知世界的作用，了解科学发展的曲折，感悟科学的本质和价值，树立正确的科学态度。
教学准备
多媒体课件
活动设计
教学内容
教师活动
学生活动
评价任务
活动一：导入新课
（一）检测导学案完成情况
1.检查导学案完成情况：
2.小组讨论导学案复习内容。
（1）巡视导学案完成情况；
（2）必要时可选讲导学案复习内容。
（1）小组长统计组内得分情况；
（2）小组讨论导学案复习内容。
（1）导学案完成小组评分；
（2）表扬完成优秀的同学；
（3）鼓励学生努力学习。
（二）展示学习目标
1.掌握万有引力定律在天文学中的简单应用,理解运用万有引力定律处理天体问题的思路、方法,体会科学定律的意义,会用万有引力定律计算天体的质量. 通过求解太阳、地球的质量,培养学生理论联系实际解决问题的能力.
2.通过介绍用万有引力定律发现未知天体、预言彗星回归的过程,提高学生对科学家们献身科学研究的认识,体会科学的魅力,培养学生用理论指导实践的能力和意识,进一步认识认识运动与相互作用的观念。
让学生 明确学习目标，做到有的放矢；
课后根据目标，学生自我评价得失情况。
（三）创设情境导入新课
新课导入
引用阿基米德说“给我一个支点，我可以撬动地球。”用到的原理启迪学生思考对于地球，还能用什么原理测量它的质量。
2、多媒体展示图片
1、学生思考。
2、试图用刚学习的万有引力理论去“称量”它的质量。
（1）观察学生对导入问题的思考情况；
（2）听学生的回答情况，评价学生的表达能力和思维。
活动二：新课教学
（一）“称量”地球的质量
互动探究
1 地面物体所受重力和引力满足什么定量关系？为什么说卡文迪什是称量地球质量的人，而不是牛顿
2 利用上述思路来称量太阳的质量可行吗？为什么？
３称量太阳质量的思路是什么？用称量地球质量的思路有什么不同。
“称量”地球的质量
问题导学:
请同学们阅读教材P55－56前两部分，并思考以下问题！
多媒体呈现问题。
问题： 如果要称量地球的质量，需要列出什么样的等量关系式？应该知道哪些条件？请你通过计算，看看地球质量到底有多大
观察下面图片,请思考:
人的重力近似认为等于受到的万有引力,根据等量关系mg=GMmR2可求地球质量.
1、学生阅读教材,尝试着推导出地球质量的表达式,在练习本上进行定量计算。
2、学生分小组讨论解答得出答案
1、明确学生学习任务；
2、从完成情况和书写情况等方面对学生的回答进行评价。
2、老师针对学生的学习后的情况进行归纳，从上面的问题可以知道,若已知星球表面的重力加速度g和星球的半径R,忽略星球自转的影响,星球的质量，如果知道引力常量G值，就可以得出天体的质量。
其中GM=gR2是在有关计算中常用到的一个替换关系,被称为“黄金代换”.
（二）计算天体的质量
计算天体的质量
如何测量太阳的质量？如果用上述测地球质量的思路，有什么困难？能否从另一个角度列出等量关系呢
点评:
[归纳总结] 称量天体质量的两种思路
1.天体表面重力加速度法
2.天体周围物体环绕法
注意:
①计算天体的质量的方法不仅适用于地球,也适用于其他任何星体.要明确计算出的是中心天体的质量.
②要注意R,r的区分.一般R指中心天体的半径,r指行星或卫星的轨道半径.若绕“近地”轨道运行,则有R=r.
引导学生思考下面的三个问题：
1．这两种思路，能计算天体表面物体和环绕物体的质量吗？为什么
2.这两种思路，在研究对象的选取上有个共同点，且与我们以前的做法不同，你发现它了吗？说说看
3.在测量天体质量的基础上，怎么进一步讨论天体的密度呢？需要进一步知道什么条件
[巩固练习]
1、练习：教材P58第3题
思考：我们建立了两个模型，列出两个等量关系，求算天体质量。如果天体质量已知，根据列方程讨论问题的习惯，还可以讨论什么问题？
2、练习：教材P58第1、2题
问题导学:请同学们阅读教材P57－58前，并思考以下几个问题！！
1 历史上，人们根据万有引力定律，还有哪些伟大的成就？
2人们是怎样应用万有引力定律来发现未知天体的？给你什么样的启迪？
学生1:应用万有引力定律求解天体质量的基本思路是:根据环绕天体的运动情况,求出其向心加速度,然后根据万有引力充当向心力,进而列方程求解.
学生2:从前面的学习知道,天体之间存在着相互作用的万有引力,而行星(或卫星)都在绕恒星(或行星)做近似圆周的运动,而物体做圆周运动时合力提供向心力,故对于天体所做的圆周运动的动力学方程只能是万有引力提供向心力,这也是求解中心天体质量时列方程的根据所在.
学生1:通过万有引力关系表达式可以知道不可以计算卫星的质量.因为等式两边卫星的质量消去了,只能计算地球的质量.
学生2:需要进一步知道中天体本身的半径R
阅读教材,从教材中找出相应的答案
1.根据学生的做题情况，结合提出的问题对学生的作答情况进行点评
2.利用物理原理对学生的作答情况进行评价，例如应用万有引力定律求解天体质量时,只能求解中心天体的质量,而不能求解环绕天体的质量。
求天体的质量，但不能以天体为研究对象，而要设想出一个物体，或是在这个天体表面、或绕这个天体圆周运动，做为研究对象。
要想求天体的密度还必须知道天体自身的半径。
3、对完成较好的同学给予适当的语言鼓励。
（三）发现未知天体和预言哈雷彗星回归
发现未知天体和预言哈雷彗星回归
人们是怎样应用万有引力定律来发现未知天体的?
[归纳总结]
(1)英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文学家勒维耶根据天王星的观测资料,利用万有引力定律计算出天王星外“新”行星的轨道.1846年9月23日,德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星——海王星.
(2)近100年来,人们在海王星的轨道之外又发现了冥王星、阋神星等几个较大的天体.
(3)哈雷彗星的“按时回归”确立了万有引力定律的地位.
（4）其它成就：如解释潮汐现象、地球表面重力加速度的微小差异等
引导学生阅读教材,从教材中找出下面问题相应的答案:
1、应用万有引力定律发现了那些未知的天体.
2：预言哈雷彗星的回归，其中1705年,那个国家的谁根据万有引力定律计算了一颗著名彗星的轨道并正确预言了它的回归. 即哈雷彗星.
3、多媒体课件呈现相应的问题
1、通过认真阅读教材学生进行快速回答第1个问题和第2个问题
2、学生通过阅读教材后得出，人们在长期的观察中发现天王星的实际运动轨道与应用万有引力定律计算出的轨道总存在一些偏差,所以怀疑在天王星轨道外面还可能存在有行星,然后应用万有引力定律,结合对天王星的观测资料,便计算出了另一颗行星的轨道,进而在计算的位置附近发现了新的行星.
对学生的完成情况进行评价，在物理上,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,也成为科学史上的美谈.诺贝尔物理学奖获得者、物理学家冯·劳厄说:“没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道的计算那样,如此有力地树立起人们对年轻的物理学的尊敬.从此以后,这门自然科学成了巨大的精神国……”
活动三：课堂检测
课堂检测
1．天王星是依据万有引力定律计算的轨道而发现的．( )
2．海王星的发现和彗星的按时回归确立了万有引力定律的地位．( )
3．牛顿根据万有引力定律计算出了海王星的轨道．( )
4．地球表面的物体的重力必然等于地球对它的万有引力．( )
5．若只知道某行星绕太阳做圆周运动的半径，则可以求出太阳的质量．( )
6．若知道某行星绕太阳做圆周运动的线速度和角速度，则可以求出太阳的质量．( )
7.若地球绕太阳公转的周期及公转轨道半径分别为T和R，月球绕地球公转的周期和公转轨道半径分别为t和r，则太阳质量与地球质量之比为( )
A.eq \f(R3t2,r3T2) B．eq \f(R3T2,r3t2) C.eq \f(R3t2,r2T3) D．eq \f(R3T2,r2t3)
在多媒体课件上呈现检测试题
巡视课堂对不会做的同学进行简要指导
根据学生的做题情况进行必要的的答题提示
对重点考察的题目进行强调
根据老师展示的问题结合自己所学习的知识内容进行题目训练
对不会做的问题向老师询问解答
针对学生的完成情况进行评价
就学生对知识的把握情况进行适当的强化和提醒
活动四：课堂小结
学到了什么？
1.“称量”地球的质量.
2.计算天体的质量.
3.发现未知天体和预言哈雷彗星回归
利用思维导图引导学生进行小结
小组讨论，总结本节课得失
梳理自己本节所学知识进行交流
根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
活动五：作业设计
P58 练习与应用第4题
指导学生完成练习，面批练习。
按要求完成练习。
从完成情况和书写情况等方面进行评价。
主板书设计
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2.计算天体的质量
3.发现未知天体和预言哈雷彗星回归
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