7.3 万有引力理论的成就 教学设计 -2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

该高中物理教学设计聚焦万有引力理论的应用，核心知识点包括天体质量估算、未知天体发现等，重点掌握“称量”地球质量。课堂导入通过视频让学生初步认识引力常量的重要性，结合问题链（地球自转向心力来源、万有引力与重力关系等）搭建学习支架，衔接前后知识。 这份资料亮点突出，以科学思维中的模型建构为核心，将天体运动抽象为匀速圆周运动模型，通过“环绕天体-中心天体”模型建立引力与向心力的联系。科学探究环节设计估算实践，如利用地球半径、重力加速度等计算地球质量，结合嫦娥六号环月轨道数据求月球密度，培养学生科学推理能力。融入天王星轨道异常、哈雷彗星回归等案例，渗透科学态度与责任，帮助学生形成“质疑-验证-结论”的思维习惯，也为教师提供清晰的教学流程和实例，提升课堂效率。

7.3万有引力理论的成就（教学设计） 年级 高一年级 学科 物理 教师 课题 第3节 万有引力理论的成就（第1课时） 教学 目标 物理观念 理解万有引力定律在天体质量估算、未知天体发现等方面的应用，掌握“称量”地球质量。 科学思维 将天体运动抽象为匀速圆周运动模型，忽略次要因素（如天体形状、其他天体干扰），通过“环绕天体-中心天体”模型建立引力与向心力的联系。 科学探究 通过已知物理量（如地球半径 R 、重力加速度 g、引力常量 G ）估算地球质量；结合行星绕太阳运动的周期和轨道半径，计算太阳质量。 科学态度 与责任 学习科学家面对观测偏差时（如天王星轨道异常），坚持真理、修正假设的探究态度，培养“质疑-验证-结论”的科学思维习惯。 教学重难点 教学重点： 1.万有引力和重力的关系 2.利用万有引力定律估算天体质量和密度 教学难点： 利用万有引力定律估算天体质量和密度 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 学生观看视频，初步认识通过万有引力定律可测得天体质量。 学生了解引力常量的重要性 新课教学 一、“称量”地球的质量 思考与讨论： 问题1：地球表面北纬的物体随地球自转做怎样的运动？向心力来源呢？ 问题2：万有引力和重力有何关系？ 问题3：随着维度的降低，向心力和重力怎么变化？ 问题4：为了测地球的质量，需要对模型进行怎样的简化？ 做一做：在赤道表面质量为1kg的物体，随地球自转需要多大的向心力？ （已知g=9.78m/s2,地球半径R=6.4×106m，T=24h, π2≈10) 解析：向心力=0.034N, 重力G=mg=9.7N 结论：向心力远小于重力，万有引力大小近似等于重力。 因此一般粗略计算中可不考虑（或忽略）地球自转的影响。 一、“称量”地球的质量 R- --中心天体的半径，g-----中心天体表面的重力加速度 教师：引导学生根据密度公式推导得出天体密度 例题1：如果你站在月球上，由静止释放质量为m的物体，物体做自由落体运动，在t秒内下落了h米，若已知月球的半径为R，引力常量为G，根据以上给出的物理量得出月球的质量为（ ） 解析：学生根据自由落体公式和表面法推导月球质量。 学生画受力分析，根据力的合成与分解分析引力和重力关系 学生分析讨论分享 学生计算分析，发现向心力远小于重力，向心力可忽略。 二、计算天体的质量 情境：把地球绕太阳的公转看作是匀速圆周运动，已知轨道半径为r，地球表面重力加速度g和引力常量G. 1.建立模型：环绕天体围绕中心天体做圆周运动，向心力由中心天体对环绕天体的万有引力来提供 2.具体方法 思考与讨论： (1)根据以上模型，认为如何来估算天体的质量？ (2)根据不同行星运行的参量计算出太阳的质量是否相同？ (3)你是否有方法估算地球的质量呢？ (4)当你估算出中心天体的质量后，是否可以估算出中心天体的球体密度？如何来估算？ (5)两种计算天体质量的方法有何不同？ 例题2.2024年6月25号，嫦娥六号携带月壤成功返回地球，返回地球前，嫦娥六号要先进入环月圆轨道，在该轨道上的运行周期为。若环月圆轨道到月球表面的高度为，月球的半径为，引力常量为，月球看成匀质球体，则月球的密度为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】嫦娥六号在环月圆轨道上做匀速圆周运动，万有引力提供向心力再根据解得故选D。 学生学习模型建模 学生讨论推导分析 学生随堂巩固练习 三、发现未知天体 到了18世纪，人们已经知道太阳系有7颗行星，其中1781年发现的第七颗行星—— 天王星的运动轨道有些“古怪”：根据万有引力定律计算出来的轨道与实际观测的结果总有一些偏差。 学生自主学习并分享 四、预言哈雷彗星回归 哈雷选24颗彗星，依据万有引力定律算其轨道。发现1531年、1607年和1682年出现的三颗彗星轨道如出一辙，预言是同一颗星，周期约76年，将于1758年底或1759年初回归。1759年3月彗星如期通过近日点，最近一次回归是1986年，下次约在2061年。万有引力定律应用的意义： 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。牛顿还用月球和太阳的万有引力解释了潮汐现象，用万有引力定律和其他力学定律，推测地球呈赤道处略为隆起的扁平形状。万有引力定律可以用于分析地球表面重力加速度微小差异的原因，以及指导重力探矿。 学生识记记录 学生了解万有引力定律的应用意义 课 堂 小 结 作 业 布 置 完成课后作业：“练习与应用” 教 学 反 思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $