第七章萬有引力與宇宙航行大單元教學(xué)設(shè)計(jì)-2024-2025學(xué)年高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊授課內(nèi)容授課時(shí)數(shù)授課班級(jí)授課人數(shù)授課地點(diǎn)授課時(shí)間教學(xué)內(nèi)容第七章萬有引力與宇宙航行

本章節(jié)內(nèi)容選自人教版物理教材（2019）必修第二冊。主要包括以下內(nèi)容：1.萬有引力定律及其適用范圍；2.萬有引力常量的測定；3.天體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律；4.地球衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)；5.宇宙航行中的力學(xué)問題。通過學(xué)習(xí)本章內(nèi)容，使學(xué)生理解萬有引力定律及其應(yīng)用，掌握天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為后續(xù)學(xué)習(xí)提供基礎(chǔ)。核心素養(yǎng)目標(biāo)1.科學(xué)思維：培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)工具分析物理問題，理解萬有引力定律的普適性和局限性。

2.科學(xué)探究：通過實(shí)驗(yàn)和觀測，引導(dǎo)學(xué)生探究萬有引力常量的測定方法，提升實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析能力。

3.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：使學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理學(xué)在宇宙航行中的應(yīng)用價(jià)值，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)研究的興趣和責(zé)任感。

4.科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境（STSE）：引導(dǎo)學(xué)生思考萬有引力定律在航天技術(shù)發(fā)展中的作用，以及科技進(jìn)步對社會(huì)和環(huán)境的影響。重點(diǎn)難點(diǎn)及解決辦法重點(diǎn)：

1.萬有引力定律的理解和應(yīng)用：重點(diǎn)是理解萬有引力定律的普適性，并能將其應(yīng)用于解決實(shí)際問題，如地球衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)。

2.天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的推導(dǎo)和應(yīng)用：重點(diǎn)在于推導(dǎo)開普勒定律，并理解其背后的物理意義。

難點(diǎn)：

1.萬有引力常量的測量：難點(diǎn)在于理解萬有引力常量G的物理意義和測定方法。

2.天體運(yùn)動(dòng)方程的建立和求解：難點(diǎn)在于建立天體運(yùn)動(dòng)的微分方程，并求解其軌道方程。

解決辦法：

1.通過實(shí)例分析引導(dǎo)學(xué)生理解萬有引力定律的應(yīng)用，并通過課堂練習(xí)鞏固。

2.結(jié)合實(shí)驗(yàn)和理論講解，幫助學(xué)生理解萬有引力常量的物理意義和測定過程。

3.使用幾何和物理直觀教學(xué)，幫助學(xué)生建立天體運(yùn)動(dòng)的物理模型，并通過小組討論和合作解決問題，突破求解運(yùn)動(dòng)方程的難點(diǎn)。教學(xué)資源1.軟硬件資源：計(jì)算機(jī)教室、多媒體教學(xué)平臺(tái)、投影儀、電子白板。

2.課程平臺(tái)：人教版物理教學(xué)資源庫、在線教育平臺(tái)（如國家數(shù)字教育資源公共服務(wù)平臺(tái)）。

3.信息化資源：天體運(yùn)動(dòng)模擬軟件、萬有引力定律動(dòng)畫演示視頻、衛(wèi)星軌道計(jì)算工具。

4.教學(xué)手段：物理實(shí)驗(yàn)器材（如彈簧秤、滑輪、計(jì)時(shí)器等）、PPT課件、黑板和粉筆。教學(xué)過程設(shè)計(jì)一、導(dǎo)入新課（5分鐘）

目標(biāo)：引起學(xué)生對萬有引力與宇宙航行的興趣，激發(fā)其探索欲望。

過程：

開場提問：“你們知道宇宙中有哪些天體？它們是如何相互作用的？”

展示一些關(guān)于太陽系行星、衛(wèi)星、彗星等的圖片或視頻片段，讓學(xué)生初步感受宇宙的神秘和天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

簡短介紹萬有引力定律的基本概念和它在宇宙航行中的重要性，為接下來的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

二、萬有引力與宇宙航行基礎(chǔ)知識(shí)講解（10分鐘）

目標(biāo)：讓學(xué)生了解萬有引力定律的基本概念、組成部分和原理。

過程：

講解萬有引力定律的定義，包括其主要組成元素或結(jié)構(gòu)，即質(zhì)量、距離和引力常數(shù)。

詳細(xì)介紹萬有引力定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，使用圖表或示意圖幫助學(xué)生理解引力與距離、質(zhì)量的關(guān)系。

三、萬有引力與宇宙航行案例分析（20分鐘）

目標(biāo)：通過具體案例，讓學(xué)生深入了解萬有引力定律的特性和重要性。

過程：

選擇幾個(gè)典型的宇宙航行案例進(jìn)行分析，如地球同步衛(wèi)星、太空探測器等。

詳細(xì)介紹每個(gè)案例的背景、特點(diǎn)和意義，讓學(xué)生全面了解萬有引力定律在航天技術(shù)中的應(yīng)用。

引導(dǎo)學(xué)生思考這些案例對人類探索宇宙的影響，以及如何利用萬有引力定律設(shè)計(jì)更有效的宇宙航行方案。

小組討論：讓學(xué)生分組討論萬有引力定律在未來的航天任務(wù)中的應(yīng)用，并提出創(chuàng)新性的想法或建議。

四、學(xué)生小組討論（10分鐘）

目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的合作能力和解決問題的能力。

過程：

將學(xué)生分成若干小組，每組選擇一個(gè)與萬有引力相關(guān)的主題進(jìn)行深入討論，如“如何利用萬有引力進(jìn)行星際旅行？”

小組內(nèi)討論該主題的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)以及可能的解決方案。

每組選出一名代表，準(zhǔn)備向全班展示討論成果。

五、課堂展示與點(diǎn)評(píng)（15分鐘）

目標(biāo)：鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力，同時(shí)加深全班對萬有引力與宇宙航行的認(rèn)識(shí)和理解。

過程：

各組代表依次上臺(tái)展示討論成果，包括主題的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及解決方案。

其他學(xué)生和教師對展示內(nèi)容進(jìn)行提問和點(diǎn)評(píng)，促進(jìn)互動(dòng)交流。

教師總結(jié)各組的亮點(diǎn)和不足，并提出進(jìn)一步的建議和改進(jìn)方向。

六、課堂小結(jié)（5分鐘）

目標(biāo)：回顧本節(jié)課的主要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)萬有引力與宇宙航行的重要性和意義。

過程：

簡要回顧本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括萬有引力定律的基本概念、組成部分、案例分析等。

強(qiáng)調(diào)萬有引力定律在宇宙航行中的核心作用，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步探索宇宙的奧秘。

布置課后作業(yè)：讓學(xué)生查閱資料，了解最新的宇宙航行技術(shù)，并撰寫一篇關(guān)于萬有引力與宇宙航行的短文或報(bào)告，以鞏固學(xué)習(xí)效果。學(xué)生學(xué)習(xí)效果學(xué)生學(xué)習(xí)效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.理解和掌握萬有引力定律：學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，能夠理解萬有引力定律的基本概念，包括質(zhì)量、距離和引力常數(shù)的關(guān)系，并能應(yīng)用該定律解釋和分析天體間的相互作用。

2.計(jì)算和解決實(shí)際問題：學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，掌握了如何使用萬有引力定律進(jìn)行簡單的天體運(yùn)動(dòng)計(jì)算，如衛(wèi)星的軌道高度、速度和周期等，能夠解決實(shí)際問題。

3.探索宇宙航行原理：學(xué)生對宇宙航行的基本原理有了更深入的認(rèn)識(shí)，包括火箭推進(jìn)、軌道力學(xué)、星際旅行等，能夠理解航天器在宇宙中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

4.提高科學(xué)思維能力：通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生培養(yǎng)了科學(xué)思維能力，學(xué)會(huì)了如何運(yùn)用物理知識(shí)和數(shù)學(xué)工具解決復(fù)雜的科學(xué)問題。

5.增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究能力：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中，學(xué)習(xí)了如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集數(shù)據(jù)、分析結(jié)果，提高了實(shí)驗(yàn)探究能力。

6.提升合作學(xué)習(xí)能力：在小組討論和課堂展示環(huán)節(jié)，學(xué)生學(xué)會(huì)了如何與他人合作，共同完成任務(wù)，提升了合作學(xué)習(xí)能力。

7.激發(fā)對科學(xué)的興趣和熱情：通過對宇宙航行和萬有引力定律的學(xué)習(xí)，學(xué)生對科學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，激發(fā)了探索宇宙奧秘的熱情。

8.培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)在推動(dòng)人類社會(huì)進(jìn)步中的重要作用，培養(yǎng)了科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感，對未來的科學(xué)學(xué)習(xí)和研究有了更明確的職業(yè)規(guī)劃。

9.提高信息檢索能力：學(xué)生在完成課后作業(yè)和查閱資料的過程中，提高了信息檢索能力，學(xué)會(huì)了如何高效地獲取和利用科學(xué)信息。

10.強(qiáng)化應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的能力：學(xué)生將數(shù)學(xué)知識(shí)與物理知識(shí)相結(jié)合，學(xué)會(huì)了如何運(yùn)用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問題，為未來的學(xué)習(xí)和研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。課堂小結(jié)，當(dāng)堂檢測課堂小結(jié)：

在本節(jié)課的學(xué)習(xí)中，我們探討了萬有引力定律及其在宇宙航行中的應(yīng)用。以下是對本節(jié)課內(nèi)容的簡要回顧：

1.我們學(xué)習(xí)了萬有引力定律的基本概念，了解了它描述了質(zhì)量之間的相互作用，并掌握了其數(shù)學(xué)表達(dá)式。

2.通過分析天體運(yùn)動(dòng)案例，我們理解了地球衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及如何利用萬有引力定律計(jì)算衛(wèi)星的軌道參數(shù)。

3.我們探討了宇宙航行中的力學(xué)問題，包括火箭推進(jìn)、軌道轉(zhuǎn)移和星際旅行等。

4.學(xué)生們通過小組討論和課堂展示，提出了關(guān)于宇宙航行的一些創(chuàng)新性想法和建議。

當(dāng)堂檢測：

為了檢測學(xué)生對本節(jié)課內(nèi)容的掌握情況，以下是一些檢測題目：

1.填空題：

（1）萬有引力定律由________提出，它表明兩個(gè)物體之間的引力與它們的質(zhì)量成正比，與它們之間的距離的平方成反比。

（2）地球同步衛(wèi)星的軌道高度約為________千米，它能夠保持與地球表面同一地點(diǎn)相對靜止。

2.選擇題：

（1）關(guān)于萬有引力，以下說法正確的是：

A.引力隨著距離的減小而增大

B.引力隨著距離的增大而增大

C.引力與物體的質(zhì)量無關(guān)

D.引力與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)

（2）地球上的物體受到的重力是由于：

A.地球?qū)ξ矬w的吸引

B.地球的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力

C.地球表面的摩擦力

D.物體自身的慣性

3.計(jì)算題：

一艘太空探測器從地球表面發(fā)射，經(jīng)過一系列變軌操作，最終到達(dá)一個(gè)距離地球中心R0的軌道上，軌道半徑為R。假設(shè)地球的質(zhì)量為M，探測器的質(zhì)量為m，地球表面重力加速度為g。求：

（1）探測器在軌道上的線速度v；

（2）探測器在軌道上的向心加速度a。

4.簡答題：

簡述火箭發(fā)射時(shí)，如何利用萬有引力定律進(jìn)行軌道轉(zhuǎn)移。反思改進(jìn)措施反思改進(jìn)措施（一）教學(xué)特色創(chuàng)新

1.互動(dòng)式教學(xué)：在課堂上，我嘗試了更多的互動(dòng)式教學(xué)方法，比如小組討論和角色扮演，這樣不僅提高了學(xué)生的參與度，也讓他們在討論中加深了對萬有引力定律的理解。

2.實(shí)踐與理論相結(jié)合：我注重將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，比如通過衛(wèi)星軌道的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)演示，讓學(xué)生更加直觀地感受到物理規(guī)律的力量。

反思改進(jìn)措施（二）存在主要問題

1.教學(xué)深度不足：我發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生對一些復(fù)雜的概念理解不夠深入，比如萬有引力常量的測量方法和意義，需要進(jìn)一步深化教學(xué)內(nèi)容。

2.學(xué)生參與度不均：在小組討論和課堂展示中，我發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生參與度不高，可能是由于課堂氛圍或者學(xué)生對某些主題不感興趣。

3.評(píng)價(jià)方式單一：目前的評(píng)價(jià)方式主要是通過課堂表現(xiàn)和作業(yè)完成情況，缺乏對學(xué)生綜合能力的全面評(píng)估。

反思改進(jìn)措施（三）

1.深化教學(xué)內(nèi)容：針對教學(xué)深度不足的問題，我計(jì)劃在接下來的教學(xué)中，增加一