3. 万有引力定律的应用优秀教学设计

课题：万有引力定律的应用

大同市铁路第一中学校高一物理组：李祺

2018年4月10日

授课日期：2018.4.10 授课班级：高1(9)班

授课人：

李祺

课题：万有引力定律的应用

共2课时

第1课时

指本节课是在学生学完了必修2第三章的天体运动、万有引力定律及其应用、以及人导造卫星宇宙速度之后的全章复习课。万有引力定律在天体中的应用，如分析人造卫星的思想运行规律、计算天体质量和密度等，是高考的必考内容。考察的题目与生产、生活以及与航天科技相结合，形成新情景物理题。题目类型很多，但是核心离不开两个模型，一是理星表模型，特别是应用星表模型进行黄金代换，二是环绕模型，中心天体对环绕天体的论万有引力为环绕天体提供向心力，可以用来解决天体运动的规律的问题。

依鉴于这一章的特点，以及在高考中的地位，设计这节复习课时，我们打破常规复习据

课以梳理知识为主的模式，重点突出模型教学与方法教学。本节课设计了四个教学环节，第一个环节是知识梳理，以梳理知识为基础，第二个环节是模型探究，重在回顾两个模型的特点及其应用，第三个环节是精典例题，例题的选择也是重在让学生体会利用模型解题的优点，第四个环节是小结+巩固练习。在四个环节的处理上，详略得当，从高考的考点入手，有效的抓住高考的采分点，引导学生重视模型的构建，提升学生从基本概念、基本规律出发应用所学知识分析、解决实际问题的能力。在教学方法上以启发式教学为指导思想，整体突出教师的主导地位和学生的主体地位，课上教师是课堂的主导者，学生并不只是被动地接受知识，而是在教师所设定的问题环节中一步步通过思考获得知识，这一点充分体现了以学生为主体的课堂教学模式。

教我校学生的初中基础知识薄弱，分析问题的能力也很弱，在高中阶段的物理教学过学程中，为提高课堂实效，在讲解完新知识后，教师都会对本节或本章的常见题型归类，背形成模型和模式，让学生在解题时有抓手，有思路。在本节之前学生已经学习了万有引景力定律这一章的相关知识，但知识的系统性不强，对两个模型及其特点也有了一定的掌分析

握，但解决问题的方法性不强。学生学习完一章后虽会整理知识，形成体系，但对一章的重点和难点的分析不透彻。因此在设计课时我们兼顾了本章的知识特点和学生特点，在教学过程中设置提问，重在提升学生的思维能力和解决问题的能力。

教学目标

一、知识与技能

1．了解地心说、日心说及开普勒三定律的内容； 2. 理解万有引力定律的内容、表达式及其应用 3．掌握天体运动的两类模型，及应用万有引力定律解决天体运动问题的思路方法．

二、过程与方法

1．体会两个模型的特点和利用模型解题的优点

2．体会利用模型解题的思维过程

三、情感、态度与价值观

1．感受万有引力定律的重要作用； 2．培养学生探究问题的科学态度，感受科学探究永无止境． 理解万有引力定律及应用两类模型解决天体运动的的思路方法。

理解万有引力定律及应用其解决天体运动。

启发、思考、推导、总结、归纳、讲练结合、电脑辅助教学。

1

重点

难点

方法

教师活动

引入：

教幻灯片展示——行星的运动，太阳系示意图。

学通过第三章的学习我们知道太阳系只是宇宙空间的过一小部分，浩瀚的宇宙以其神秘与深邃，吸引了古今中外程

科学家的探索，也成就了一些科学巨人，今天我们来回顾一下这一章的主要内容。

授课：

天体的运动，历史上有过“地心说”和“日心说”两种对立的学说，并发生过激烈的斗争，“地心说”代表人物是托勒密，“日心说”代表人物是哥白尼。这两种学说都有一定的局限性，随着科学的进步，天文望远镜的发明，德国天文学家开普勒，继承了他的导师第谷的全部观察数据，发现了行星运动三定律，

【知识梳理】

一、开普勒行星三定律

第一定律：

所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上——轨道定律

第二定律：从太阳到行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积——面积定律（解决行星运动的速度问题，即近日点速率大，远日点速率小）。

第三定律：

行星的轨道半长轴的三次方与公转周期的二次方的比值是一个常量——周期定律。 用

r 表示椭圆的半长轴，

T 表示公转周期，

学生活动

设计意图

通过图片的作用，从感官上使学生领略宇宙的神奇与和谐，通过老师语言的介绍，来发展学生对科学的好奇心与求知欲。

理解和掌握开普勒行星运动三定律，认识行星的运动。

万有引力定律的内容固然重要，让学生了解发现万有引力定律的过程也很重要，重点是使学生体会科学家的探索精神

观看图片，领略浩瀚宇宙的风采。

回顾古人对天体运动的观点。

回顾并表述开普勒三定律的内容，

r3则表达式为：2=k（k为常数，只与中心天体有关）

T

▲定律不仅适用于行星，也适用于卫星。

开普勒三定律从运动学的角度对天体运行的规律进行的

介绍，接下来人们更深入地思考是什么原因使行星绕着太

阳运转？牛顿所处的时代，许多物理学家受到开普勒三定

律的启发，都进行过思考和假设，其中牛顿不但经过深入体会万有定思考还有了理论演算，演算过程中牛顿依托开普勒三定律律得出的复建立模型，为了使问题简化，将行星的运动理想化为匀速杂过程及万圆周运动，然后总结规律，得出万有引力定律。

有引力定律二、万有引力定律

发现的重大1.内容：任何两物体间都存在相互作用的引力，这个力的意义。

大小与这两个物体的质量的乘积成正比，与两物体之间的

距离的平方成反比。

mm

2．表达式：FG122

rG 为引力常量， r 为两物体中心的距离，对质量分布均掌握万有引匀的球形物体而言，r为球心距离。在此定律发表 100 多力定律的内年后，卡文迪许测出了万有引力常量的数值。

容、表达式万有引力定律的发现具有重要的意义，促使物理学完成了及式中各个2

第一次大综合，万有引力定律的发现对天文学的发展起到巨大的推动作用，科学家利用万有引力定预言了彗星的回归，发现了当时的未知天体，例如海王星、冥王星的发现，估算了天体的质量，并且使人造卫星上天。

【模型探究】模型Ⅰ：星表模型

模型特点：在星球（如地球）表面的物体，随星球自转而转动，忽略星球自转的影响，此时物体所受重力与星球对它的万有引力视为相等。

符号的意义

回顾星表模Mm型和模型的等量关系：即mgG2 特点、等量RGM关系及模型模型应用（1）求出星表的重力加速度g，（2）求的应用

R2

gR2

出星球的质量M，（3）黄金代换

G

模型Ⅱ：环绕模型

模型解读：所谓环绕模型指的是一个天体m绕着另一个天

体M作（近似）匀速圆周运动，其中绕行的天体称为环绕回顾解决圆天体，即m；另一个天体称为中心天体，即M。

周运动的思模型特点：中心天体对环绕天体的引力为环绕天体做圆周路方法——运动提供向心力

1，四个确定：确定研等量关系：

F万=F向，用向心力的四个表达式可写成究对象、确定轨道平2Mmv24面、确定圆G2mamm2rm2r

rrT心、确定半应用（1）求中心天体质量？

径,2，受力【拓展】如何求解中心天体的平均密度？

分析，找出若让飞船贴着中心天体表面绕行，则求中心天体的平均密向心力来源

度？

3，选定向心应用（2）得出卫星运行的规律（即求卫星运行的线速度、力方程求解

角速度、周期）

回答向心力Mmv2由G2m可得：v= ，r越大，v越 ．

一系列公rr式。

若取rR，此时卫星为 卫星，对应v= ，

称为第 宇宙速度

会用环绕模【方法归纳】

型分析卫星1．一个思路：将天体运动抽象为一个质点绕另一个质点运动，得出的匀速圆周运动。

其运行规2．两个模型：

律，理解第Mm一宇宙速度（1）星表模型：mgG2

的含义

R

（2）环绕模型： F万=F向

3

分析两类常见的模型，引导学生利用模型解题

强调只能计算中心天体的质量。

巩固分析匀速圆周运动问题的方法，并会用此方法分析天体运动

掌握环绕模型的应用，体会万有引力定律的重要性

提炼出方法，提升学生能力

【精典例题】

例题1．（2009年北京高考题，16分）已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g，不考虑地球自转的影响。

（1）

推导第一宇宙速度v1的表达式；

（2）若卫星绕地球做匀速圆周运动，运行轨道距离地面高度为h，求卫星的运行周期T。

题后感悟：解题用到的模型？解此题需要注意的问题？

例题2．2010年10月1日，我国成功发射了“嫦娥二号”探月卫星．“嫦娥二号”在距月球表面100 km高度的轨道上做圆周运动，这比“嫦娥一号”距月球表面200 km的圆形轨道更有利于对月球表面做出精细测绘．已知月

分析题目，选择合适的模型解题

自主思考，充分讨论，展示自己的解决方法，体验解决问题的喜悦．

球的质量约为地球质量的1，月球的半径约为地球半径

81

的1，地球半径为6400km，地球表面附近的重力加分析例2题4意，找出解2速度为9.8m/s．求：（1）月球表面附近的重力加速度；

题模型，说（2）“嫦娥一号”与“嫦娥二号”在各自圆轨道上运行速明如何求解

度的大小之比．

小结：由学生进行发言小结本节课的心得体会。

学生自己谈

体会来回顾作业：1、巩固练习；

本节的所学知识内容。

板书设计

【知识梳理】

培养学生良好的解题习惯，得出有效的方法

若未知G、M来应用黄金代换进行熟练的计算。

学生可能会混淆轨道半径

r

和地球半径

R

，教师注意纠正。通过r=R+h明确轨道半径的含义。

提高学生的归纳总结能力。

FGm1m2

r2Mm

R2【模型探究】

一、星表模型：mgG应用（1）求星表g（2）求M（3）黄金代换 二、环绕模型：F万=F向

Mmv2422mammrm2r

G2rrT应用（1）求M （2）求卫星运行规律

【精典例题】

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