新人教必修二高一物理《万有引力理论的成就》教学设计

《万有引力理论的成就》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 理解万有引力定律及其适用范围。

2. 能够运用万有引力定律计算天体质量、运行速度等物理量。

3. 了解人类对万有引力理论的钻研历程及其成就。

4. 培养科学探究和理论联系实际的能力。

二、教学重难点1. 教学重点：万有引力定律的实际应用，以及人类对万有引力理论的钻研历程。

2. 教学难点：理解并掌握万有引力定律的适用范围和应用方法。

三、教学准备1. 准备教学PPT和相关视频资料。

2. 准备天体运行模拟软件和计算器等教学工具。

3. 安置学生预习相关内容，提前准备问题。

4. 安排实验室或天文观测现场教学的时间。

四、教学过程：本节内容分为四个环节，每个环节大约需要30分钟。

环节一：导入新课（1课时）1. 复习旧知识：让学生回答牛顿第二定律和动能定理，为引入万有引力定律做铺垫。

2. 引入新观点：通过图片展示行星和卫星的运动，引出本节课的主题——万有引力定律。

3. 展示教学目标：让学生明确本节课的学习目标，激发他们的学习兴趣。

环节二：新课教学（2课时）1. 万有引力定律的发现：介绍万有引力定律的发现过程，以及与开普勒第三定律的干系。

2. 万有引力定律的应用：通过一些具体的例子，让学生了解万有引力定律在实践中的应用，如卫星轨道计算、行星运动分析等。

3. 演示实验：利用实验设备演示行星运动规律，让学生直观感受万有引力定律的作用。

4. 小组讨论：组织学生分组讨论万有引力定律在实际中的应用和未来可能的应用领域，增强他们的思考能力和团队协作能力。

环节三：教室小结（1课时）1. 总结本节课的主要知识点，包括万有引力定律的发现过程、应用领域等。

2. 强调学习重点和难点，帮助学生回顾和稳固所学知识。

环节四：安置作业（1课时）1. 课后思考题：让学生思考如何用万有引力定律诠释一些天文现象，增强他们的思维能力和创造力。

2. 推荐阅读材料：鼓励学生阅读相关的科普书籍或文章，拓宽他们的知识视野。

高中物理《万有引力理论的成就》教学设计高中物理《万有引力理论的成就》教学设计作为一名教师，时常需要用到教学设计，借助教学设计可使学生在单位时间内能够学到更多的知识。

那么写教学设计需要注意哪些问题呢？以下是小编为大家整理的高中物理《万有引力理论的成就》教学设计，仅供参考，大家一起来看看吧。

高中物理《万有引力理论的成就》教学设计1一、内容人教版普通高中课程标准试验教科书物理必修2第六章第4节《万有引力理论的成就》二、教学分析1.教材分析本节课是《万有引力定律》之后的一节，内容是万有引力在天文学上的应用。

教材主要安排了“科学真是迷人”、“计算天体质量”和“发现未知天体”三个标题性内容。

学生通过这一节课的学习，一方面对万有引力的应用有所熟悉，另一方面通过卡文迪许“称量地球的质量”和海王星的发现，促进学生对物理学史的学习，并借此对学生进行情感、态度、价值观的学习。

2．教学过程概述本节课从宇宙中具有共同特点的几幅图片入手，对万有引力提供天体圆周运动的向心力进行了复习引入万有引力在天体运动中有什么应用呢？接下来，通过“假设你成为了一名宇航员，驾驶宇宙飞船……发现前方未知天体”，围绕“你有什么办法可以测出该天体的质量吗”全面展开教学。

密度的计算以及海王星的发现自然过渡和涉及。

在教材的处理上，既立足于教材，但不被教科书所限制，除了介绍教科书中重要的基本内容外，关注科技新进展和我国天文观测技术的发展，时代气息浓厚，反映课改精神，着力于培养学生的科学素养。

三、教学目标1.知识与技能（1）通过“计算天体质量”的学习，学会估算中数据的近似处理办法，学会运用万有引力定律计算天体的质量；（2）通过“发现未知天体”，“成功预测彗星的回归”等内容的学习，了解万有引力定律在天文学上的重要应用。

2.过程与方法运用万有引力定律计算天体质量，体验运用万有引力解决问题的基本思路和方法。

3.情感、态度、价值观（1）通过“发现未知天体”、“成功预测彗星的回归”的学习，体会科学定律在人类探索未知世界的作用；（2）通过了解我国天文观测技术的发展，激发学习的兴趣，养成热爱科学的情感。

人教版物理必修第二册第7章第3节教学设计第7章万有引力与宇宙航行第3节万有引力理论的成就目录一、学习任务二、新知探究（一）梳理要点（二）启发思考（三）深化提升三、课堂小结四、学习效果第7章 万有引力与宇宙航行 第3节 万有引力理论的成就一、学习任务1．了解万有引力定律在天文学上的应用，掌握解决天体运动问题的基本思路。

2．会用万有引力定律计算天体的质量和密度。

3．掌握综合运用万有引力定律和圆周运动知识分析具体问题的方法。

二、新知探究知识点一：“称量”地球的质量 计算天体质量（一）梳理要点 1．“称量”地球的质量(1)合理假设：不考虑地球自转。

(2)“称量”依据：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，即mg ＝Gmm 地R 2，由此可解得m 地＝gR 2G。

(3)结论：只要知道g 、R 和G 的值，就可以算出地球的质量。

2．计算天体质量(1)计算太阳的质量：行星做匀速圆周运动的向心力由太阳与行星间的万有引力提供，列出方程Gmm 太r 2＝m4π2r T 2，由此可解得m 太＝4π2r 3GT 2。

(2)结论：只要知道行星的公转周期T 和它与太阳的距离r ，就可以计算出太阳的质量 (3)计算行星的质量：与计算太阳的质量一样，若已知卫星绕行星运动的周期T 和轨道半径r ，就可计算出行星的质量m 行＝4π2r 3GT 2。

（二）启发思考1969年7月21日，美国航天员阿姆斯特朗在月球上烙下了人类第一只脚印，迈出了人类征服宇宙的一大步。

(1)若已知月球绕地球转动的周期T和半径r，由此可以求出地球的质量吗？依据是什么？(2)若已知月球绕地球转动的周期T和半径r，能否求出月球的质量呢？为什么？(3)若月球半径R已知，航天员身边有些质量已知的钩码、弹簧测力计和停表等一些简单工具，试想一下：航天员若想测出月球的质量，可采用什么方法？提示：(1)能求出地球的质量。

利用G Mmr2＝m4π2T2r，求出的质量M＝4π2r3GT2为中心天体即地球的质量。

（新教材）统编人教版高中物理必修二第七章第3节《万有引力理论的成就》优质课教案【教材分析】本课教材主要内容是万有引力理论的四个成就：称量地球的质量、计算天体的质量、发现未知的天体、预言哈雷慧星回归。

教材一开始以物理学上用天平测量物体的质量、生活中电子秤、台秤称量物体的质量的图片引入，让学生联想到如何称量地球；紧接着依次介绍了用万有引力理论来称量地球的质量、计算天体的质量、发现未知的天体、预言哈雷慧星回归等理论成就。

教材安排有思考与讨论，以提高学生探究分析解决问题的能力。

【教学目标】1.了解科学家如何用万有引力理论称量地球的质量、计算天体的质量、发现未知的天体、预言哈雷慧星回归。

2.能运用万有引力理论解决未知问题。

【核心素养】1.物理观念：通过学习万有引力理论的成就，能从物理学视角形成运动与相互作用认识和观念；能从物理学视角解释自然现象和解决实际问题。

2.科学思维：能从物理学视角认识万有引力理论的运用；能基于经验事实建构物理模型，抽象概括；运用分析综合、推理论证等方法；能基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑和批判，进行检验和修正，进而提出创造性见解的能力与品格。

3.科学探究：培养基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。

4.科学态度与责任：在了解万有引力理论运用，认识科学•技术•社会•环境关系的基础上，逐渐形成的探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度。

【教学重难点】（一）教学重点：感受万有引力理论的成就。

（二）教学难点：能运用万有引力理论解决未知问题。

【学情分析】学生已经学习了曲线运动知识，对力学有了较多的认识。

但本节是学习万有引力定律，学生首次接触，旨在要引导学生建立起运动的观点。

学生的理解能力有限，需要教师进一步耐心培养。

师要依托学生的经验、通过实验让学生感悟万有引力理论在人类探索太空中的重要作用。

6.4 万有引力的理论成就一、教学目标1、了解万有引力定律得出的思路和过程；2、理解万有引力定律的含义并会推导万有引力定律；3、掌握万有引力定律，能解决简单的万有引力问题。

二、重点难点重点：万有引力定律的推导及表达公式；难点：万有引力定律的理解及应用。

三、典例讲解（一）计算天体的质量例1、把地球绕太阳公转看做是匀速圆周运动，平均半径为1.5×1011 m ，已知引力常量为：G=6.67×10-11 N ·m 2/kg 2，则可估算出太阳的质量大约是多少千克?（结果取一位有效数字）【解析】：题干给出了轨道的半径，虽然没有给出地球运转的周期，但日常生活常识告诉我们：地球绕太阳一周为365天。

故：T =365×24×3600 s=3.15×107 s由万有引力充当向心力可得： G 2r Mm =m 224T rπ 故：M =2324GT r π 代入数据解得M=27113112)102.3(107.6)105.1(14.34⨯⨯⨯⨯⨯⨯-kg=2×1030 kg 例2、宇航员站在一个星球表面上的某高处h 自由释放一小球，经过时间t 落地，该星球的半径为R ，你能求解出该星球的质量吗？【解析】：没有涉及其它天体绕它作圆周运动，则只好利用2rMm G mg =来求解质量M 了，有G gr M 2=，利用自由落体运动可以求解出g ，有22221t h g gt h =⇒=代入222Gthr M = （二）天体的密度例3、1989年英国著名的物理学家卡文迪许首先估算出地球的平均密度。

根据你所学的知识，能否估算出地球密度？【解析】：设地球的质量为M ，地球的半径为R ，地球的表面的重力加速度为g ，忽略地球自转的影响，根据万有引力定律得：2R M Gg = ① 将地球看作均匀球体有：334R V π= ②由①②得地球的平均密度GR g V M πρ43==将常数代入有 33/105.543m kg GR g V M ⨯===πρ答案：33/105.5m kg ⨯（三）发现未知天体例4、海王星的发现是万有引力定律应用的一个非常成功的范例，但是在发现海王星后，人们又发现海王星的轨道与理论计算值有较大的差异，于是沿用了发现海王星的方法经过多年的努力，才由美国的洛维尔天文台在理论计算出的轨道附近天区内找到了质量比理论值小得多的冥王星。

第3节万有引力理论的成就教学设计关系？3.若考虑地球自转，试分析任意纬度处万有引力和重力是何种关系？4.静止在地面上的物体，若不考虑地球自转的影响，万有引力和重力是何种关系？我们是否可以怎样估算巨大的地球的质量呢?如果可以，你是否可以说一下你的称量地球质量的思想？5.如果不知道地球表面的重力加速度，你还能用其他的方法估算出地球的质量吗？二、计算天体的质量1.建立模型：环绕天体围绕中心天体作圆周运动，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，你认为如何来估算是哪个天体的质量？(2)需要测量哪些物理来完成测量该天体的目的？(3)已知太阳与地球间的平均距离约为1.5×1011m，你能估算太阳的质量吗？换用其他行星的相关数据进行估算，结果会相近吗？为什么？(4)你是否有方法估算月球的质量呢？(5)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？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。

思考与讨论：(1)是天文观测数据不准确？(2)是万有引力定律的准确性有问题？(3)还是天王星轨道外面还有一颗未发现的行星？四、预言哈雷彗星回归英国天文学家哈雷挑选24颗彗星，依据万有引力定律，用一年时间计算了它们的轨道。

发现 1531 年、1607 年和1682 年出现的这三颗彗星轨道看起来如出一辙，他大胆预言，这三次出现的彗星是同一颗星（图 7.3-3），周期约为 76 年，并预言它将于 1758 年底或 1759 年初再次回归。

1759 年 3 月这颗彗星如期通过了近日点，它最近一次回归是1986 年，它的下次回归将在2061 年左右。

五、课堂练习7.3 万有引力理论的成就一、“称量”地球的质量1.物体的重力随纬度的升高而增大。

万有引力理论的成就一、教学目标1.物理观念①了解万有引力定律在天文学上的应用,会用万有引力定律计算天体的质量、密度。

2.科学思维①通过学习测量计算天体质量、密度的方法，来体验科学的迷人之处。

3.科学探究通过未知天体的发现，使学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的唯物主义的观点。

4.科学态度与责任①通过极限思想和数学知识的应用,体会学科知识间的联系,建立普遍联系的观点。

②体会应用知识的乐趣,感受物理就在身边,激发学生学习的兴趣。

二、教学重难点教学重点：了解万有引力定律在天文学上的应用。

教学难点：会用万有引力定律计算天体的质量、密度。

三、教学分析高一学生正处于从初中物理的定性分析到高中物理的定量讨论；从初中的形象思维到高中的抽象思维；从心理学的角度分析他们的一般能力已经具备，具有一定的观察力、记忆力、抽象概括力、想象力。

但其创造能力还比较欠缺，对于利用已有知识创造出新的概念、理论的能力很弱；在学习过程中对知识点的把握还不是很准确，数学的推理能力较弱；但学生对感性材料的认知能力较强，接受新知识的能力也很强.四、教学过程活动1【导入】（一）.预习内容1.物体做圆周运动的向心力公式是什么？分别写出向心力与线速度、角速度以及周期的关系式。

2.万有引力定律的公式：__________。

3.画出两个图形：（1）地球，在图上标出地球的质量和地球的半径。

（2）日地系统，在图上标出太阳、地球的质量和太阳的半径，及日地距离。

4.如果一个球的半径为R，那么这个球的体积公式：________。

5通过预习，试写出本节课讲述了万有引力理论取得了哪几个方面的成就？同时并对自己在预习过程中没有解决的那部分进行标注（在括号中填写）（2）预习部分处理方法1.课件展示各小组的完成及得分情况，表扬做好的好的小组，鼓励得分较少的小组。

2.点评学生出错比较多的地方，找学生在电子白板上展示。

活动2【讲授】精讲点拨、合作探究1.科学真迷人----地球质量的测量在卡文迪许发现引力常量G之前，人们就知道了地球的半径R和地球表面的重力加速度g，试用G、R和g这三个物理量表示地球的质量M。

§ 6.4万有引力理论的成就【学习目标】1.了解万有引力定律的伟大成就，能测量天体的质量及预测未知天体等2.熟练掌握应用万有引力定律测天体质量的思路和方法。

3.体会万有引力定律在天文学史上取得的巨大成功，激发学科学习激情和探索精神。

【学习重难点】1.重点：测天体的质量的思路和方法2.难点：物体的重力和万有引力的区别和联系。

【学习方法】自主学习、合作交流、讲授法、练习法等。

【课时安排】 1课时【学习过程】一、导入新课：万有引力定律发现后，尤其是卡文迪许测出引力常量后，立即凸显出定律的实用价值，能利用万有引力定律测天体的质量，科学性的去预测未知的天体！这不仅进一步证明了万有引力定律的正确性，而且确立了万有引力定律在科学史上的地位，有力地树立起人们对年轻的物理学的尊敬。

二、多媒体展示问题，学生带着问题学习教材，交流讨论。

1.说一说物体的重力和万有引力的区别和联系2.写出应用万有引力定律测天体质量的思路和方法。

3.简述“笔尖下发现的行星”的天文学史事，该史事说明了什么？三、师生互动参与上述问题的学习与讨论1.学生互动学习交流发言。

2.教师指导、帮助学生进一步学习总结（结合课件展示）。

（1）万有引力和物体的重力地球表面附近的物体随地球的自转而做匀速圆周运动，受力分析如图（1）1）在两极点: F =mg 万2）除两极点外：万有引力的一个分力提供向心力，另外一个分力就是物体受到的重力， 由于提供向心力的力很小（即使在赤道上），物体的重力的数值和万有引力相差很小。

3）在赤道处：1n F -F ma =万，1F mg = 显然，地球表面附近随纬度的增加，重力加速度值略微增大。

若忽略地球自转的影响，物体受到的万有引力约为物体在该处受到的重力，不予考虑二者的差别。

物体在距离地心距离为r （r > R ）处的加速度为a r :r 2Mm G =ma r 则: r 2GM a =r 若忽略地球自转的影响，物体在距离地心距离为r 处的重力加速度为g r :r 2Mm G =mg r 则:r r 2GM g =a r= F F n O F 1 mg 图（1）（2）“科学真是迷人”巧测地球的质量若不考虑地球自转的影响：2Mm mg=G R ，则: 2gR M=G 地面的重力加速度g 和地球半径R 在卡文迪许之前就已知道，卡文迪许测出了引力常量G ，就可以算出地球的质量M 。

《万有引力理论的成就》【教材版本】《普通高中物理课程标准实验教科书物理（必修2）》第六章第四节，人民教育出版社。

【教材分析】本节教材简要介绍了万有引力理论在天文学上的重要应用，即“计算天体的质量”，“发现未知天体”。

教材首先通过“科学真是迷人”，在不考虑地球自转影响的情况下，认为地面上的物体所受重力和引力相等，进而得到只要知道了地球表面的重力加速度和引力常量，即可计算出地球的质量。

这种设计思路既给出了应用万有引力定律解决问题的一种思路，也展示了万有引力理论的魅力——“称量地球的质量”。

教材随后作为示范，以计算太阳质量为例，给出了运用万有引力定律计算天体质量的方法，思路清晰，表述规范。

最后从科学史的角度，简要介绍了亚当斯和勒维耶发现海王星的过程，都显示了万有引力理论的巨大成就。

因此，通过这一节课的学习，一方面要使学生了解运用万有引力定律解决问题的思路和方法，另一方面还要能体会到科学定律对人类探索未知世界的作用，激发学习兴趣和对科学的热爱之情。

【学情分析】学生在学习本节内容之前，已经学习了匀速圆周运动的相关知识，知道匀速圆周运动的向心力由合外力提供，初步掌握了利用牛顿第二定律和向心力表达式处理匀速圆周运动的方法。

在前一节又学习了万有引力定律，但不熟悉运用万有引力定律解决实际问题的思路和方法。

学生对天文学的研究方法相对比较陌生，不了解万有引力理论所取得的成就。

【教学设计思想】本教学设计倡导由学生自主积极建构知识，而教师的教学只是提供给学生一个学习的支架，促进学生理解知识，运用知识，建构和完善知识结构。

在本节课的教学中，有两条主线：一是引导和启发学生通过“称量地球的质量”，“计算天体的质量”的学习，明晰万有引力定律运用的思路和方法。

这是学生需要掌握的最基本的知识与技能。

并由此引出天体密度的估算方法。

二是通过“发现未知天体”、“成功预测彗星的回归”和“我国天文观测的成就”等史实材料的展示，提供给学生丰富的感性认识，让他们体会在科学技术高速发展的现时代，前辈科学家所做的巨大贡献和已经取得的成就的奠基作用，也让他们感觉到科学的美妙与科学定律发现的意义和价值，培养学生对科学的热爱。

第七章万有引力与宇宙航行--3.万有引力理论的成就教学设计但是牛顿测量不出来G ，得不到地球的质量卡文迪许通过扭秤装置得到万有引力常量11226.6710/G N m kg -=⨯。

地球的表面重力加速度29.8/g m s =，地球的半径6400R km =，代入方程可以求出地球的质量246.010地=m kg ⨯。

马克吐温对此评价，科学真是迷人，根据零星的事实加上一点猜想，竟能赢得那么多的收获。

在这个过程当中，我们经常会用到黄金代换公式2地Gm gR =推广到其他天体可求解其他天体的质量我们生活在地球上，离不开太阳的光和热，引导学生思考称量太阳的质量。

太阳的表面温度比较高，无法登录到太阳表面得到太阳表面的重力加速度，用称量地球的方法称量太阳有困难，引导学生用太阳周围的行星的数据计算太阳的质量，构建物理模型。

行星绕太阳做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，向心力的表达式不同，得到太阳质量形式有所不同。

22太mm v G m R r = 22太mm G m ωr R= 2224太mm πG m r R T = 线速度、角速度通常不容易直接观测，周期容易直接观测。

引导学生用开普勒第三定律解释。

行星的质量在计算中消去了，只能求出中心天体的质量。

万有引力定律的成就，不仅仅在于称量天体的质量，还在于发现未知天体。

到了18世纪，人们已经知道太阳系有七颗行星，但是1781年发现的第七颗行星天王星，根据关于引力定律计算出来的运行轨道，与实际观测的结果总有一些偏差。

如果你遇到这个问题会怎么处理？从逻辑上分析，可能是观测数据不准确，也可能万有引力有问题，还有可能都有问题，或者是都没问题，其他因素影响用万有引力定律计算时没有考虑到。

如果说天文数据不准确，或者万有引力定律有问题。

当时已知的六颗行星计算出来的轨道与实际观测吻合的比较好。

所以很大可能是天王星外面还有一颗未发现的行星，影响到了天王星的轨道。

英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文学家勒维耶相信未知行星的存在，他们根据天王星观测资料，各自独立利用万引力定律计算出这颗心星的轨道。