7.2 万有引力理论的成就 教材分析 -2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第七章第二节 万有引力与航天 教材分析 一.万有引力与航天教材分析 （一）课标要求 1.通过史实，了解万有引力定律的发现过程，知道万有引力定律，认识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。 2.会计算人造地球卫星的环绕速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。 3.以万有引力定律为例，了解统一性观念，在科学认识中的重要意义。 4.了解牛顿力学对航天技术发展的重大意义。 物理观念 1.通过史实，了解万有引力定律的发现过程，知道万有引力定律，认识万有引力定律的重要意义，了解运动和相互作用的观念。 2.会计算人造地球卫星的环绕速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度，形成关于物质、运动与相互作用和能量的观念。 科学探究 1.让学生体会到科学探究的过程,保持学习积极性,形成尊实验实事的科学态度。 2.通过学习探究，让学生提高对物理的好奇心激发学生对于物理的探究心理。 科学态度与责任 1.以万有引力定律为例，了解统一性观念，在科学认识中的重要意义，逐步认识科学的本质。 2.了解牛顿力学对航天技术发展的重大贡献认识科学定律对人类探索未知世界的作用，培养学生关于科学的社会责任感。 科学思 维 1.通过使用几何图形代表天体进行教学，使学生体会到代数表示运算和几何直观等方面的作用，初步建立数感、符号意识和空间观念，发展科学思维。 2通过引导学生自己推导万有引力定律公式.使学生学会独立思考，体会科学的基本思想和思维方式。 （二）教学目标 （三）本章重点难点 重点 难点 关键 1.开普勒三定律 2.万有引力定律 3.双星问题 4.卫星变轨 5.天体中的追及问题 1.充分理解万有引力定律 2.合理运用万有引力定律解决问题 3.正确区分第一、第二、第三宇宙速度 1、能通过学习真正了解万有引力定律各个量的物理意义 2、熟练的运用万有引力定律解决物理问题 （四）章节设置作用 本章在第五章学习了曲线运动的基础上,来学习万有引力定律。揭示了行星运动，载人航天飞船的原理，使同学们认识到了物理的神奇和奥秘，有利于提高同学们学习物理的积极性。本章在提出行星运动的原理后,其教学线索由学习开普勒三定律进一步拓展为学习行星间的引力进而引出万有引力定律。同时，本章也讲解了万有引力定律在人类生活中的应用，更好的巩固了本章所学知识。同样，学习了万有引力定律,反过来有助于曲线运动概念的巩固、深化和分析。 本章不仅重视用合理的知识结构来落实《课标》的科学探究，同时关注科学思维和物理观念的养成，科学态度与责任的落实,实现四维目标的融合。 二、 万有引力理论的成就教材分析 （一）课标要求 1、认识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。 2、以万有引力定律为例，了解统一性观念，在科学认识中的重要意义。 （二）内容分析 本节以万有引力定律公式为基础，进一步讨论万有引力在天体方面的应用。本节由“科学真迷人”、“计算天体的质量”和"发现未知天体”三部分内容组成。并且，本节由上一节的卡文迪许实验引入，指出地球的质量可以由实验室中几个小球测得阐述了物理学科的神奇，激发了学生对于本节课学习的好奇心。教材还由地球质量的测定进一步引出其他天体质量的计算方法让学生认识到了万有引力定律的实用性计算天体的质量还可以用来寻找未知的天体，进一步强化了学生对于万有引力定律和人类社会联系之间的认识，强化课程标准的理念:从生活走向物理、从物理走向社会。还可以让学生认识到了天体之间的引力和其质量的关系还可以用来解决双星问题。 （三）本节目标 1、物理观念 （1）会利用万有引力定律计算行星的质量，了解物质的观念。 （2）会利用万有引力定律解决双星和多星问题了解运动和相互作用的观念。 （3）能熟练运用万有引力定律计算有关天体问题。 2、科学态度和责任 （1）了解统一性观念，在科学认识中的重要意义，逐步认识科学的本质。 （2）了解牛顿力学对人类探索宇宙的重大贡献认识科学定律对人类探索未知世界的作用，培养学生关于科学的社会责任感。 3、科学探究 （1）在探究活动中认识小组合作的重要作用。 （2）在实验探究、现象分析、讨论总结中,体验学习的乐趣和成功的喜悦,激发学生探索物理科学的兴趣。 4、科学思维 （1）让学生自己推导计算天体质量的公式使学生学会独立思考，体会科学的基本思想和思维方式。 （2）通过引导学生学会使用几何图形解决天体问题使学生体会到代数表示运算和几何直观等方面的作用，初步建立数感、符号意识和空间观念，发展科学思维。 （四）重点和难点 重点:会利用万有引力定律计算天体的质量及其表面加速度。 难点:如何引导学生推导质量计算公式的多种表达方式，帮助学生熟练掌握公式的运算方法。 （五）本节设置作用 这节内容由黄金替换式和质量计算公式组成，是在万有引力定律讲述之后，宇宙速度之前的内容。本节从地球的质量计算引入，讲解了其他天体的质量计算方法，是在万有引力定律的基础上进行的。研究天体的质量计算方式，既是万有引力定律的运用，又是学习宇宙速度和相关航天知识的一个基础和铺垫，对前后知识有着承前启后的重要作用。这一部分内容由于没有生活中比较贴切的例子所以理解起来较为抽象。 三、教学设计 高中物理必修二第六章第四节《万有引力理论的成就》教学设计 （一）教学设计思路 这一节不算是本章的重点,天体质量的计算较为容易理解,它是在学习了万有引力定律的基础上展开的,同时又为后面学习宇宙速度和航天奠定了基础。本节课立足于让学生自己推导质量计算公式、认识万有引力的应用等过程,从万有引力的多变性出发,通过科学推导的方法,结合一定量的理想物理模型进行分析,推导出天体质量计算的公式,有助于深化学生对万有引力定律的理解。 （二）教学重点难点 重点:会利用万有引力定律计算天体的质量及其表面加速度。 难点:如何引导学生推导质量计算公式的多种表达方式，帮助学生熟练掌握公式的运算方法。 （三）教学资源 一些天体模型和一些天体图片 （四）教学过程 1.新课讲授 1）引入课题 先带领学生复习一下上节课所学的万有引力定律公式，检查一下学生的掌握情况。提出“你们认为万有引力公式可以用来干什么呢？”的问题引起学生的思考，在听完学生的回答后用“你们有没有想过用它来计算天体的质量呢？”引出本节课内容。 2）“科学真是迷人” 先询问学生是否知道地球的质量，然后用“怎么计算出来的呢？”引发学生对于地球质量的思考。等待学生思考一会儿后告诉学生“就是用万有引力定律来计算的。”开始讲解“黄金替换式”。 还要注意给学生讲解运用万有引力定律的前提条件：不考虑地球自转的影响。因为不考虑地球自转的影响，地面上质量为m的物体所受的重力mg等于地球对物体的引力，如下图所示。记地球的半径为R，质量为M，从而列出式子：，让学生自己换算出M等于多少，可以让一名学生写到黑板上，看其是否能写对。“由上式可得：”向学生公布答案并说明这就是黄金替换式 图一 3）计算天体的质量 “刚才，我们计算了地球的质量，那么太阳的质量能不能算出来呢？”用问题开始下一部分的讲解。 先将各个物理量表示出来：设太阳的质量为M，某个围绕太阳运行的行星质量为m,r为两者之间的距离两者之间的受力分析如下图所示，为行星的公转角速度，让学生自己推导太阳的质量计算公式，可以让一名学生上台展示并为其他学生讲解。正确的推导过程为：由万有引力定律可得m ,又有公式：ω带入公式可得 讲完式子后要告诉学生：“将上述计算太阳质量的方法套用到其他两个行星上也同样适用，那么我们就得到了计算其他天体质量的方法。” 图二 4）发现未知天体 利用PPT向学生讲述以前科学家发现天体的过程，举例说明发现了哪些天体有哪些成就。鼓励学生们积极进取为科学作出贡献。 2.学以致用，巩固知识 试着让学生自己退推导前面讲过的公式，自己复习熟悉计算质量的公式，更好的理解公式的缘由以便可以更好的运用其解决问题。 课上练习：某人造地球卫星沿圆轨道运行，轨道半径是6.8×km,周期是5.6×s。试从这些数据估算地球的质量。 3.课堂小结 黄金替换式： 计算天体质量: 4.布置作业 课本（人教版）43页1，2，4题 5.板书设计 示意图及科学成就展示 （PPT） 万有引力理论的成就 1、 黄金替换式 二、计算太阳的质量 三、其他表达形式 学科网（北京）股份有限公司 $$