3. 万有引力定律的应用教案1

《万有引力定律的应用》第一课时——教学设计

一、

教材分析

本节内容选自教科版物理第三章第3节，根据课程标准对该章内容的要求，在必修二阶段，需要通过史实的介绍，让学生了解万有引力定律的发现过程；知道万有引力定律；认识发现万有引力定律的重要意义；认识科学定律对人类探索未知世界的作用。

因此这节课通过发现彗星回归、海王星等事实，说明科学定律的作用。通过对一些天体运动的实例分析，使学生了解：通常物体之间的万有引力很小，常常觉察不出来，但在天体运动中，由于天体的质量很大，万有引力将起决定性作用，对天文学的发展起了很大的推动作用，其中一个重要的应用就是计算天体的质量。在具体内容上前后还有交叉和重叠，学生概念的形成和发展呈现一种螺旋式上升的形态。

二、

学情分析

心理基础：高一学生对天体运动具有浓厚的兴趣，充满求知欲、好奇心，有利于本节内容开展学生活动。但同时，他们缺乏严密的逻辑思维能力和准确的数学计算能力，需要教师进行适时地引导。

知识基础：学生已掌握了运动的合成与分解、牛顿运动定律、圆周运动等章节的理论。并在本章之前学习了万有引力定律的知识，能运用万有引力定律揭示一些天体运动的特点。同时，他们有一定的天文学常识，知道行星运动的基本特点，教师可以利用前面的知识和学生对宇宙奥秘的好奇心推进课堂教学。

三、

学法指导

教学过程中，教师是主导，学生是主体，要充分的发挥学生的主体作用。要符合新课标改革的核心理念——为每一个学生的发展。天体的运动在有限的条件下难以观察，因此可以在教学中融入彗星回归和行星运动等视频，降低知识的陌生度。本节课主要以发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的探究过程为主，交待清楚应用万有引力定律计算天体质量的有两条思路要，注意从学生已有的知识（圆周运动）去学习新的知识，降低学习难度，使学生对本节内容的学习产生浓厚的兴趣。在呈现知识的同时利用多媒体辅助教学，增强直观性和趣味性，进一步培养学生的学科核心素养。

综上所述，采用“创设情境

提出问题

分析问题

解决问题

归纳总结”的指导原则，采用“讲授法”、“讨论法”、“任务驱动法”、“演示法”以及“练习法”进行教学。

四、

教学目标

知识目标：

①了解万有引力定律在天文学上的应用，预言未知天体。

②会根据地球和太阳质量的计算，掌握利用万有引力定律计算天体质量的方法。

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。

素养目标：

①通过行星发展史，了解万有引力定律在天文学上的应用，激发学习科学，热爱科学的激情，增强学生学习物理的热情。

②通过应用万有引力定律求解天体质量，培养学生的构建物理模型的能力、观察数据与分析数据能力、合作交流的能力以及推导、归纳总结的能力。

③课堂教学中不仅需要严密逻辑的教学过程中还应融入人文教育，培养学生的严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度和社会责任感，提高学生的学科核心素养。

五、

教学重难点

重点：天体质量的计算。

难点：综合运用万有引力定律和圆周运动学知识分析具体问题。

六、

教学辅助

PPT 、多媒体课件、学案

七、

教学设计思路

本教学设计从学生已学知识出发，以创设问题情境，导入课堂，吸引学生注意力，回归课堂。

紧接着利用海王星与冥王星的发现视频让学生体会万有引力定律在天体研究中是如何应用的，将学生对天体运动的直观认识，在激发了学生学习兴趣后，进入天体质量计算这一重点内容，利用自主学习、及时反馈、讲练结合以及归纳总结的方法，让学生掌握计算天体质量的两条思路。。

八、

教学具体过程

教师活动

学生活动

设计意图

回顾旧知，为新知做铺垫，减弱学困情绪。

培养学生自主学习以及独立思考的能力，并在回答问题的过程中熟悉所学新知。

利用未知天体发现视频，培养学生观察能力，从中激发学习科学，热爱科学的激情，增强学生学习物理的热情。

【导入】牛顿通过对前人研究结果的总结和假设、推理、

mm

类比、归纳，提出了万有引力定律FG122，一百仔细回顾上节课r万有引力定律所多年后，由英国科学家卡文迪许精确测定了万有引力常学内容，及时进数G，从那时候起，万有引力才表现出巨大的威力。尤入本堂课的学习。

其在天体物理学计算、天文观测、卫星发射和回收等天

文活动中，万有引力定律可称为最有力的工具。这节课

我们便一起来学习万有引力定律在天体研究中的应用。

【板书】§3.3万有引力定律的应用

【自主学习】阅读教材第49页，并思考以下几个问题

对教师提出的问问题1:应用万有引力定律在天文学上能解决哪些问题，产生浓厚的题？

兴趣，并自主阅

读教材，完成学问题2:应用万有引力定律发现了哪些行星? 案上对应问题

（由教师提问，学生共同回答来完成以上两个问题）

【板书】一、预言彗星回归和未知天体

【过渡】怎样应用万有引力定律来发现未知天体？接下

来我们一同去直观的感受一下未知天体的发现过程。

【播放视频】海王星与冥王星的发现

认真听讲，仔细

观看视频

【讲解】已知天体的实际运行轨道与由万有引力定律计

算出来的轨道之间存在明显的偏差，便猜想其周围存在

未知天体，并计算出了未知天体的质量、轨道和位置。

【过渡】海王星与冥王星的发现进一步验证了万有引力定律的正确性，也体现了计算天体的质量、轨道和位置在天体研究中的重要性，那么该如何计算天体的质量？

【板书】二、计算天体质量

【自主探究】——求赖以生存的地球的质量

【设问】地球质量能直接测量吗？有何间接测量法？

【活动1】若不考虑地球自转，已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，引力常量G，求地球质量M？

【学生互动】（以自愿自主的形式，让学生给出他的解答思路）

【学以致用】在活动1的基础上进行拓展练习

【拓展1】假如你是宇航员来到月球表面，手中有基本测量工具：天平、弹簧秤、秒表和刻度尺；已知月球半径为R，引力常量G，你能制定怎样的实验方案测出月球的质量？

【学生互动】请几位同学回答上述问题

（教师根据学生的回答情况进行补充说明）

【小结】（以一问一答式，与学生一起总结活动1与拓展1求解天体质量的方法）

问题：①已知条件②解题思路③结果

【板书】

1.已知条件：天体的半径R和天体表面的重力加速度g（不考虑自转）

解题思路：物体的重力近似等于天体与物体间的万有引力mgG学生认真听讲，并积极思考问题

学生自主独立思考，完成学案相应内容，得出结果

学生分组讨论，仔细思考后，完成学案相应问题，掌握应用万有引力定律求解天体质量的方法

学生积极回答问题，与老师一起总结方法，认真做笔记

Mm

2RgR2

结果：天体质量M（“g值法”）

G

让学生独立思考，通过提取有用信息构建物理模型，初步掌握应用万有引力定律求解天体质量

通过给出的拓展例题，发挥学生的想象力和创造力，增强学习趣味性，使课堂氛围更加轻松活跃，并进一步强化应用万有引力定律求解天体质量的方法，用练习法巩固核心知识

简洁有序的总结能帮助学生更系统的掌握方法

紧密过渡有助于

【强调】已知的是天体表面的重力加速度g，并且是在不考虑自转的情况下。

【过渡】这种计算天体质量的方法需要达到天体表面，但在某些情况下，无法到达天体表面，不能测其表面重力加速度g，比如给我们提供能量的太阳，我们又该如何计算它的质量？

【自主探究】——求太阳的质量

【活动2】①已知地球绕太阳运动的公转周期为T，轨道半径为r，引力常量G，求太阳的质量M？

【学生互动】（以自愿自主的形式，让学生给出他的解答思路）

【强调】根据学生回答情况加以强调“各个物理量”

－②若：r=1.5×1011m,G=6.67×1011N·m2/kg2,T=3.15×107s,估算太阳质量M=?

【学以致用】在活动2的基础上进行拓展练习

【拓展2】已知引力常量G和下列各组数据，能计算出地球质量的是(

)

A.月球绕地球运行的线速度V和轨道半径r

B.月球绕地球运行的线速度V

C.人造地球卫星绕地球运行的角速度ω和周期T D.若不考虑地球自转，已知地球的半径R及表面重力加速度g

E.人造地球卫星绕地球运行的周期T和距离地面的高度h 学生听讲，思考

学生自主独立思考，完成学案相应内容，得出结果

学生独立计算，得出结果

学生对例题认真的分析已知条件，学会多组条件中发现规律，分组讨论交流，找到解题的方法，并得出结果。

学生知识的掌握

让学生独立思考，通过提取有用信息构建物理模型,掌握应用万有引力定律在不同情况下求解天体质量的方法

通过学生自主计算，得到太阳的质量从中感受天体质量是巨大的，并提升学生估算能力，从而提升做题速度

通过给出的拓展例题，让学生在活动中掌握知识，增强学习趣味性，并进一步强化应用万有引力定律求解天体质量的方法，巩固重点知识

学生认真思考、分析区别，并积极回答问题，与老师一起总结方法，认真做笔记

Mm42v2G2m2rmm2r

rTr

42r3v2r2r3



结果：中心天体质量MGT2GG

（“环绕法”）

学生与教师一起【课堂小结】（由ppt展示）

回顾本堂课内容

万有引力定律在天文学中的应用，一般有两条思路：

(1)

已知重力加速度；不计自转，天体表面的物体的重

力等于万有引力

(2)

已知环绕天体的运动情况（V、ω、T、r等）；所需向心力由中心天体对环绕天体的万有引力提供

F.地球绕太阳运行的周期T和轨道半径r 【学生互动】请几位同学回答上述问题

（教师根据学生的回答情况进行补充说明）

【小结】（以一问一答式，与学生一起分析总结活动2和拓展2与活动1和拓展1的不同之处，并总结求解天体质量的另外一种方法）

问题：①已知条件②解题思路③结果

【板书】

2.已知条件：环绕天体绕中心天体的运动情况（T、v、ω、r）等

解题思路：中心天体对环绕天体的万有引力提供环绕天体做圆周运动所需向心力

【作业布置】

1、教材51页2、3、4题

2、创新设计第三节

九、板书设计

简洁有序的对比总结，更能帮助学生更系统的掌握不同条件下解题的思路，突出重难点

回顾本堂课所学内容，为学生整理思路，加深学生对重点知识的掌握

§3.3万有引力定律的应用

2.

已知条件：环绕天体绕中心天体的运动情况

一、预言彗星回归和未知天体

（T、v、ω、r）等

二、计算天体质量

1.

已知条件：天体的半径R和天体表面的

解题思路：F万F向

重力加速度g（不考虑自转）

解题思路：物体的重力近似等于天体与

Mm42v2m2r

即：G2m2rm物体间的万有引力mgGMmr

R2

结果：中心天体质量

TrgR2

结果：天体质量M（“g值法”）

G42r3v2r2r3M（“环绕法”）

2GTGG

十、教学设计反思

1．在处理行星发展史教学环节上重描了一下．捕捉、搜集了天文学家的事迹与图片，对这些教学资源信息进行甄别、筛选、优化整合，制作PPT课件及教学视频，成为本节的一大亮点，激活学生学习的兴奋点，营造课堂教学氛围． 2．天体质量的计算方法部分，将教师教转变为学生的学 , 教学环节的设计从学生的实际情况出发，力求充分调动学生的积极性，使他们积极参与问题的分析、讨论、交流、体验，强调教学互动 , 体现学生的自主合作学习．