7.2万有引力定律 教学设计（表格式）
文档属性
| 名称 | 7.2万有引力定律 教学设计（表格式） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 1.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-04-28 10:28:35 | ||
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文档简介
教学设计
课题 万有引力定律
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 实验探究课□ 习题/试卷讲评课□ 课题研究课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
从行星运动规律到万有引力定律的建立过程，是本章的重要内容，是极好的科学探究素材。教材将“太阳与行星间的引力”与“万有引力定律”合编为一节，包括问题的提出、演绎、假设与推理、结论的得出、检验论证等，是一个比较完整的探究过程。万有引力定律虽然是本章的重点知识，但万有引力定律的理解并不困难。从培养学生科学思维、科学探究素养的角度，让学生经历万有引力定律的推导过程是最有价值的。通过问题引导，激励学生根据已有的知识经历推理的过程。
学情分析
从知识结构来看,在学习万有引力定律前,学生已经对力、重力、向心力、加速度、重力加速度(即自由落体运动的加速度)、向心加速度等概念有了较好的理解,并且掌握自由落体运动和圆周运动等运动规律,能熟练运用牛顿运动定律解决动力学问题.已经完全具备深入探究和学习万有引力定律的能力.然而高一学生其思维方式容易停滞在知识接受层面,而忽视概念间、规律间的相互联系,且很多学生不能建立明确的动态的物理图像或物理情景,进而无法通过同化和顺应,完成知识的建构过程.因此,在教学过程中要注重从学生实际入手,依据学生认知规律,注重创设物理情景,创造和谐、民主、自由的课堂气氛,进行探究教学。
学习目标
(1)物理观念.以自己的现有知识基础和问题引领处身历史的背景下，经历一次自己“发现”太阳与行星间引力，推导出太阳与行星间引力的方向和表达式的过程，体会牛顿定律在推导太阳与行星间引力时的作用。领会将不易测量的物理量转化为易测量物理量的方法。感悟科学家们求真、求简的科学思想方法和科学精神。(2)科学探究.结合 “月－地检验”通过思维程序 “提出问题→猜想与假设→理论分析→实验观测 →验证结论”知道地球上的重物下落与天体运动的统一。体会在科学规律的发现过程中猜想和求证的重要性。(3)科学思维.通过检验和推广认识到万有引力定律的适用范围，知道公式中r的物理意义。会用该定律解决简单的引力计算问题。(4)科学态度与责任.通过视频材料了解“天才的发明和天才的借鉴”及引力常量的测定过程，讨论引力常量的测定在科学史上的重要意义。体会前人是如何巧妙地将物体间的非常微小的力显现和测量出来的。感悟学习中互相协作、互相借鉴也是具有重要意义。
教学重点难点
教学重点： 据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的万有引力公式,万有引力定律及公式的适用条件能应用其解决一些实际问题。教学难点： (1)万有引力定律的推导 (2)月-地检验的思想方法
评价任务
(1)完成任务一、检测与作业1、2、（检测目标1）(2)完成任务二、检测与作业4、8（检测目标2）(3)完成任务三、检测与作业5、6、7、8、9（检测目标3）(4)完成任务四、检测与作业3、6（检测目标4）
教学活动设计
过程学习内容与教师活动学生任务/活动设计设计意图及对应目标达成环节一导入新课内容1.创设情景：行星为什么会这样运动？历史上科学家们的探索之路充满艰辛。使行星沿圆或椭圆运动，需要指向圆心或椭圆焦点的力，这个力谁来提供？今天我们跟从牛顿发现万有引力定律的过程来探究行星与太阳间的引力。学生任务/活动1.根据科学家们的对行星运动问题研究的深入，思考问题，指出力的来源：太阳对行星的引力通过素材内容培养了学生科学态度素养及学到了科学家几十年如一日刻苦钻研精神。内容2.建立模型行星的实际运动是椭圆运动，但我们还不了解椭圆运动的规律，那应该怎么办？能把它简化成什么运动呢？学生任务/活动2.行星长半轴（106km）半短轴（106km）水星57．9 金星108．2108．1地球149．6149．5火星227．9226．9木星778．3777．4土星1427．01424．8天王星2882．32879．1海王星4523．94523．8思考问题，通过数据对比，理解将椭圆轨道转化成圆轨道的合理性。将椭圆轨道转化成圆轨道建立圆轨道模型，同时在中学阶段只能近似为圆轨道通过演绎法推理得出。环节二太阳与行星间的引力推导内容3. （1）设行星的质量为m，速度为v，行星到太阳的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动，写出行星需要的向心力表达式，并说明式中符号的物理意义。（2）行星运动的线速度v与周期T的关系式如何？天文观测难以直接得到行星的速度v，但可以得到行星的公转周期T，写出用T表示向心力的表达式。（3）如何应用开普勒第三定律消去周期T？写出消去周期T后向心力的表达式。（提示：这是行星需要的向心力，我们要求的是太阳对行星的引力，这两个力有关系吗？）（4）写出太阳对行星的引力F与距离r的比例式，说明比例式的意义。 学生任务/活动3.（二）行星对太阳的引力行星对太阳的引力与太阳的质量M以及行星到太阳的距离r之间又有何关系？根据什么得出的？（三）太阳与行星间的引力概括起来有什么关系式？方向？以学生的现有知识基础和问题引领，处身历史的背景下，经历一次自己“发现”太阳与行星间引力，推导出太阳与行星间引力的方向和表达式的过程，体会牛顿定律在推导太阳与行星间引力时的作用。领会将不易测量的物理量转化为易测量物理量的方法。 感悟科学家们求真、求简的科学思想方法和科学精神。环节三月地检验和万有引力定律 内容4.通过问题引导学生 从以下两个方面进行分析（1）理论分析：（2）天文观测数据分析：（3）总结万有引力定律内容：适用条件 ①万有引力定律只适用于质点间引力大小的计算。 ②当两物体是质量均匀分布的球体时，它们间的引力也可直接用公式计算，但式中的r是指两球心间距离。 ③当研究物体不能看成质点时，可以把物体假想分割成无数个质点，求出两个物体上每个质点与另一物体上所有质点的万有引力，然后求合力。学生任务/活动4.（1）理论分析：地球半径R=6.4×m，地球与月球之间的距离是地球半径的60倍。一个物体放在地球表面上受到的力和将这个物体放在月球轨道上所受到的引力，满足什么比例关系？它们的加速度a又满足什么比例关系？你可以算出物体在月球轨道上的加速度吗？（2）天文观测数据分析：T=27.3天，地球半径R=6.4×m，地球与月球之间的距离是地球半径的60倍。我们把物体放在月球轨道上，那么它会绕着地球做圆周运动，需要的向心力由物体与地球之间的引力提供，那向心加速度怎么求出来呢？通过理论分析和数据计算，认识到万有引力定律的普适性；通过教师讲解知道公式中r的物理意义。会用该定律解决简单的引力计算问题。知道地球上的重物下落与天体运动的统一。体会在科学规律的发现过程中猜想和求证的重要性。任务四引力常量的测定内容5.播放卡文迪许扭秤实验的模拟视频学生任务/活动4.观看卡文迪许扭秤实验的模拟视频，思考下面的问题：1.实验中平面镜的作用，应用了什么方法？2.物理学史上每一个物理物理常量的发现都代表着一段重要的科学历史。讨论说明引力常量的测定的重要意义通过视频材料了解“引力常量的测定过程，讨论引力常量的测定在科学史上的重要意义。体会前人是如何巧妙地将物体间的非常微小的力显现和测量出来的。体会放大法的应用，感悟学习中互相协作、互相借鉴也是具有重要意义。课堂小结找学生代表从以下三方面谈谈本节课的收获。知识内容方面物理方法方面情感态度方面学生代表总结本节课的收获，其他人补充。教学内容的再现，帮助学生梳理知识结构，掌握内在联系。为下一步学习架设桥梁。
板书设计
7.2万有引力定律一、太阳与行星间的引力1.引力的发展历程：伽利略 开普勒 笛卡尔 胡适2.两种探究结论：二、月-地检验探究结论： （而实际：）三、万有引力定律 四、引力常量：1.内容： 1.卡文迪许2.公式： 2.3.适用条件：①、②、③ 3.价值与意义
作业与拓展学习设计
(一)基础知识类1.行星之所以绕太阳运动，是因为 ( ) A、行星运动时的惯性作用B、太阳是宇宙的控制中心，所以星体都绕太阳旋转C、太阳对行星有约束运动的引力作用D、行星对太阳有排斥力作用，所以不会落向太阳2.下面关于行星对太阳的引力的说法中正确的（ ）行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的。行星对太阳的引力与太阳的质量成正比，与行星的质量无关太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比，与行星距离太阳的距离成反比3．下列说法正确的是（ ）Ａ．万有引力定律是卡文迪许发现的Ｂ． 中的Ｇ是一个比例常数，是没有单位的Ｃ．万有引力定律只是严格适用于两个质点之间Ｄ．两物体引力的大小与质量成正比，与此两物间距离平方成反比．4.地球对月球有相当大的万有引力，而且月球对地球也有万有引力，为什么它们不靠在一起，其原因是（ ）Ａ．不仅地球对月球有万有引力，而且月球对地球也有万有引力，这两个力大小相等方向相反，互相平衡Ｂ．地球对月球的引力还不够大Ｃ．不仅地球对月球有万有引力，而且太阳系里其他星球对月球也有万有引力，这些力的合力为零Ｄ．万有引力不断改变月球的运动方向，使得月球绕地球运行5．下列说法中正确的是（ ）A.万有引力定律是卡文迪许发现的B.卡文迪许扭秤是用来验证万有引力定律是否正确的C.被人们称为“能称出地球质量的人”是牛顿D.万有引力常量是一个有单位的常量（二）综合类作业1．我国已启动月球探测计划“嫦娥工程”。图为设想中的“嫦娥一号”月球探测器飞行路线示意图。(1)在探测器飞离地球的过程中，地球对它的引力 (填“增大”、“减小”、“不变”)。(2)已知月球与地球质量之比为M月：M地=1：18。当探测器飞至月地连线上某点P时，月球与地球对它的引力恰好抵消，此时P到月球球心与地球球心的距离之比为 。(3)结合图中信息，通过推理，可以得出的结论是 ( )①探测器飞离地球时速度方向指向月球②探测器经过多次轨道修正，进入预定绕月轨道③探测器绕地球的旋转方向与绕地球的旋转方向一致④探测器进入绕月轨道后，运行半径逐渐减小，直至到达预定轨道A、①③ B、①④ C、②③ D、②④2．如图所示，阴影区域是质量为M、半径为R的球体挖去一个小圆球后的剩余部分，所挖去的小圆球的球心和大球体球心间的距离是，求球体剩余部分对球体外离球心O距离为2R、质量为m的质点P的引力。（三）拓展提升类作业1、如果要验证太阳与与行星之间的引力的规律是否适用于行星与她的卫星，我们需要观测这些卫星运动的哪些数据？观测这些数据前你对这些数据的规律有什么假设？2.探究：设想人类开发月球，不断将月球上的矿藏搬运到地球，假定经过长时间的开采后，月球仍可看作均匀的球体，仍沿开采前的圆周轨道运动，则与开采前相比，地球与月球间的万有引力将怎么变化？.月球绕地球运动的周期将怎样变化？
特色学习资源分析、技术手段应用说明
1.从理论和数据两个方面推导万有引力的普适性。2.播放扭秤装置测引力常量G实验视频。
教学反思与改进
在推导太阳与行星间引力及月—地检验推导发现物理规律和验证规律的研究过程中，对学生的知识、思维要求很高，甚至部分环节同学思维受阻，需要教师通过问题引导好学生的思考方向，注重在学生最近思维发展区搭建台阶，才能有效思维进阶，避免出现上述现象。在卡文迪许的扭秤实验过程中，教师可用课件向学生展示和介绍，使学生学习和体会其中精巧的实验方法，如采用“光杠杆”原理使微小物理量放大的方法等。
太阳
行星
卫星
课题 万有引力定律
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 实验探究课□ 习题/试卷讲评课□ 课题研究课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
从行星运动规律到万有引力定律的建立过程，是本章的重要内容，是极好的科学探究素材。教材将“太阳与行星间的引力”与“万有引力定律”合编为一节，包括问题的提出、演绎、假设与推理、结论的得出、检验论证等，是一个比较完整的探究过程。万有引力定律虽然是本章的重点知识，但万有引力定律的理解并不困难。从培养学生科学思维、科学探究素养的角度，让学生经历万有引力定律的推导过程是最有价值的。通过问题引导，激励学生根据已有的知识经历推理的过程。
学情分析
从知识结构来看,在学习万有引力定律前,学生已经对力、重力、向心力、加速度、重力加速度(即自由落体运动的加速度)、向心加速度等概念有了较好的理解,并且掌握自由落体运动和圆周运动等运动规律,能熟练运用牛顿运动定律解决动力学问题.已经完全具备深入探究和学习万有引力定律的能力.然而高一学生其思维方式容易停滞在知识接受层面,而忽视概念间、规律间的相互联系,且很多学生不能建立明确的动态的物理图像或物理情景,进而无法通过同化和顺应,完成知识的建构过程.因此,在教学过程中要注重从学生实际入手,依据学生认知规律,注重创设物理情景,创造和谐、民主、自由的课堂气氛,进行探究教学。
学习目标
(1)物理观念.以自己的现有知识基础和问题引领处身历史的背景下，经历一次自己“发现”太阳与行星间引力，推导出太阳与行星间引力的方向和表达式的过程，体会牛顿定律在推导太阳与行星间引力时的作用。领会将不易测量的物理量转化为易测量物理量的方法。感悟科学家们求真、求简的科学思想方法和科学精神。(2)科学探究.结合 “月－地检验”通过思维程序 “提出问题→猜想与假设→理论分析→实验观测 →验证结论”知道地球上的重物下落与天体运动的统一。体会在科学规律的发现过程中猜想和求证的重要性。(3)科学思维.通过检验和推广认识到万有引力定律的适用范围，知道公式中r的物理意义。会用该定律解决简单的引力计算问题。(4)科学态度与责任.通过视频材料了解“天才的发明和天才的借鉴”及引力常量的测定过程，讨论引力常量的测定在科学史上的重要意义。体会前人是如何巧妙地将物体间的非常微小的力显现和测量出来的。感悟学习中互相协作、互相借鉴也是具有重要意义。
教学重点难点
教学重点： 据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的万有引力公式,万有引力定律及公式的适用条件能应用其解决一些实际问题。教学难点： (1)万有引力定律的推导 (2)月-地检验的思想方法
评价任务
(1)完成任务一、检测与作业1、2、（检测目标1）(2)完成任务二、检测与作业4、8（检测目标2）(3)完成任务三、检测与作业5、6、7、8、9（检测目标3）(4)完成任务四、检测与作业3、6（检测目标4）
教学活动设计
过程学习内容与教师活动学生任务/活动设计设计意图及对应目标达成环节一导入新课内容1.创设情景：行星为什么会这样运动？历史上科学家们的探索之路充满艰辛。使行星沿圆或椭圆运动，需要指向圆心或椭圆焦点的力，这个力谁来提供？今天我们跟从牛顿发现万有引力定律的过程来探究行星与太阳间的引力。学生任务/活动1.根据科学家们的对行星运动问题研究的深入，思考问题，指出力的来源：太阳对行星的引力通过素材内容培养了学生科学态度素养及学到了科学家几十年如一日刻苦钻研精神。内容2.建立模型行星的实际运动是椭圆运动，但我们还不了解椭圆运动的规律，那应该怎么办？能把它简化成什么运动呢？学生任务/活动2.行星长半轴（106km）半短轴（106km）水星57．9 金星108．2108．1地球149．6149．5火星227．9226．9木星778．3777．4土星1427．01424．8天王星2882．32879．1海王星4523．94523．8思考问题，通过数据对比，理解将椭圆轨道转化成圆轨道的合理性。将椭圆轨道转化成圆轨道建立圆轨道模型，同时在中学阶段只能近似为圆轨道通过演绎法推理得出。环节二太阳与行星间的引力推导内容3. （1）设行星的质量为m，速度为v，行星到太阳的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动，写出行星需要的向心力表达式，并说明式中符号的物理意义。（2）行星运动的线速度v与周期T的关系式如何？天文观测难以直接得到行星的速度v，但可以得到行星的公转周期T，写出用T表示向心力的表达式。（3）如何应用开普勒第三定律消去周期T？写出消去周期T后向心力的表达式。（提示：这是行星需要的向心力，我们要求的是太阳对行星的引力，这两个力有关系吗？）（4）写出太阳对行星的引力F与距离r的比例式，说明比例式的意义。 学生任务/活动3.（二）行星对太阳的引力行星对太阳的引力与太阳的质量M以及行星到太阳的距离r之间又有何关系？根据什么得出的？（三）太阳与行星间的引力概括起来有什么关系式？方向？以学生的现有知识基础和问题引领，处身历史的背景下，经历一次自己“发现”太阳与行星间引力，推导出太阳与行星间引力的方向和表达式的过程，体会牛顿定律在推导太阳与行星间引力时的作用。领会将不易测量的物理量转化为易测量物理量的方法。 感悟科学家们求真、求简的科学思想方法和科学精神。环节三月地检验和万有引力定律 内容4.通过问题引导学生 从以下两个方面进行分析（1）理论分析：（2）天文观测数据分析：（3）总结万有引力定律内容：适用条件 ①万有引力定律只适用于质点间引力大小的计算。 ②当两物体是质量均匀分布的球体时，它们间的引力也可直接用公式计算，但式中的r是指两球心间距离。 ③当研究物体不能看成质点时，可以把物体假想分割成无数个质点，求出两个物体上每个质点与另一物体上所有质点的万有引力，然后求合力。学生任务/活动4.（1）理论分析：地球半径R=6.4×m，地球与月球之间的距离是地球半径的60倍。一个物体放在地球表面上受到的力和将这个物体放在月球轨道上所受到的引力，满足什么比例关系？它们的加速度a又满足什么比例关系？你可以算出物体在月球轨道上的加速度吗？（2）天文观测数据分析：T=27.3天，地球半径R=6.4×m，地球与月球之间的距离是地球半径的60倍。我们把物体放在月球轨道上，那么它会绕着地球做圆周运动，需要的向心力由物体与地球之间的引力提供，那向心加速度怎么求出来呢？通过理论分析和数据计算，认识到万有引力定律的普适性；通过教师讲解知道公式中r的物理意义。会用该定律解决简单的引力计算问题。知道地球上的重物下落与天体运动的统一。体会在科学规律的发现过程中猜想和求证的重要性。任务四引力常量的测定内容5.播放卡文迪许扭秤实验的模拟视频学生任务/活动4.观看卡文迪许扭秤实验的模拟视频，思考下面的问题：1.实验中平面镜的作用，应用了什么方法？2.物理学史上每一个物理物理常量的发现都代表着一段重要的科学历史。讨论说明引力常量的测定的重要意义通过视频材料了解“引力常量的测定过程，讨论引力常量的测定在科学史上的重要意义。体会前人是如何巧妙地将物体间的非常微小的力显现和测量出来的。体会放大法的应用，感悟学习中互相协作、互相借鉴也是具有重要意义。课堂小结找学生代表从以下三方面谈谈本节课的收获。知识内容方面物理方法方面情感态度方面学生代表总结本节课的收获，其他人补充。教学内容的再现，帮助学生梳理知识结构，掌握内在联系。为下一步学习架设桥梁。
板书设计
7.2万有引力定律一、太阳与行星间的引力1.引力的发展历程：伽利略 开普勒 笛卡尔 胡适2.两种探究结论：二、月-地检验探究结论： （而实际：）三、万有引力定律 四、引力常量：1.内容： 1.卡文迪许2.公式： 2.3.适用条件：①、②、③ 3.价值与意义
作业与拓展学习设计
(一)基础知识类1.行星之所以绕太阳运动，是因为 ( ) A、行星运动时的惯性作用B、太阳是宇宙的控制中心，所以星体都绕太阳旋转C、太阳对行星有约束运动的引力作用D、行星对太阳有排斥力作用，所以不会落向太阳2.下面关于行星对太阳的引力的说法中正确的（ ）行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的。行星对太阳的引力与太阳的质量成正比，与行星的质量无关太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比，与行星距离太阳的距离成反比3．下列说法正确的是（ ）Ａ．万有引力定律是卡文迪许发现的Ｂ． 中的Ｇ是一个比例常数，是没有单位的Ｃ．万有引力定律只是严格适用于两个质点之间Ｄ．两物体引力的大小与质量成正比，与此两物间距离平方成反比．4.地球对月球有相当大的万有引力，而且月球对地球也有万有引力，为什么它们不靠在一起，其原因是（ ）Ａ．不仅地球对月球有万有引力，而且月球对地球也有万有引力，这两个力大小相等方向相反，互相平衡Ｂ．地球对月球的引力还不够大Ｃ．不仅地球对月球有万有引力，而且太阳系里其他星球对月球也有万有引力，这些力的合力为零Ｄ．万有引力不断改变月球的运动方向，使得月球绕地球运行5．下列说法中正确的是（ ）A.万有引力定律是卡文迪许发现的B.卡文迪许扭秤是用来验证万有引力定律是否正确的C.被人们称为“能称出地球质量的人”是牛顿D.万有引力常量是一个有单位的常量（二）综合类作业1．我国已启动月球探测计划“嫦娥工程”。图为设想中的“嫦娥一号”月球探测器飞行路线示意图。(1)在探测器飞离地球的过程中，地球对它的引力 (填“增大”、“减小”、“不变”)。(2)已知月球与地球质量之比为M月：M地=1：18。当探测器飞至月地连线上某点P时，月球与地球对它的引力恰好抵消，此时P到月球球心与地球球心的距离之比为 。(3)结合图中信息，通过推理，可以得出的结论是 ( )①探测器飞离地球时速度方向指向月球②探测器经过多次轨道修正，进入预定绕月轨道③探测器绕地球的旋转方向与绕地球的旋转方向一致④探测器进入绕月轨道后，运行半径逐渐减小，直至到达预定轨道A、①③ B、①④ C、②③ D、②④2．如图所示，阴影区域是质量为M、半径为R的球体挖去一个小圆球后的剩余部分，所挖去的小圆球的球心和大球体球心间的距离是，求球体剩余部分对球体外离球心O距离为2R、质量为m的质点P的引力。（三）拓展提升类作业1、如果要验证太阳与与行星之间的引力的规律是否适用于行星与她的卫星，我们需要观测这些卫星运动的哪些数据？观测这些数据前你对这些数据的规律有什么假设？2.探究：设想人类开发月球，不断将月球上的矿藏搬运到地球，假定经过长时间的开采后，月球仍可看作均匀的球体，仍沿开采前的圆周轨道运动，则与开采前相比，地球与月球间的万有引力将怎么变化？.月球绕地球运动的周期将怎样变化？
特色学习资源分析、技术手段应用说明
1.从理论和数据两个方面推导万有引力的普适性。2.播放扭秤装置测引力常量G实验视频。
教学反思与改进
在推导太阳与行星间引力及月—地检验推导发现物理规律和验证规律的研究过程中，对学生的知识、思维要求很高，甚至部分环节同学思维受阻，需要教师通过问题引导好学生的思考方向，注重在学生最近思维发展区搭建台阶，才能有效思维进阶，避免出现上述现象。在卡文迪许的扭秤实验过程中，教师可用课件向学生展示和介绍，使学生学习和体会其中精巧的实验方法，如采用“光杠杆”原理使微小物理量放大的方法等。
太阳
行星
卫星