第三節(jié)萬有引力定律的應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)-2025-2026學(xué)年高中物理第二冊(cè)滬科版（2020·上海專用）學(xué)校授課教師課時(shí)授課班級(jí)授課地點(diǎn)教具教學(xué)內(nèi)容分析1.本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容：萬有引力定律的應(yīng)用，包括天體運(yùn)動(dòng)、地球表面重力、人造衛(wèi)星軌道等問題。

2.教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識(shí)的聯(lián)系：本節(jié)課以學(xué)生已學(xué)過的牛頓運(yùn)動(dòng)定律和圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)為基礎(chǔ)，通過實(shí)例分析，幫助學(xué)生理解萬有引力定律在解決實(shí)際問題中的應(yīng)用。教材章節(jié)：第三章“萬有引力定律及其應(yīng)用”，具體內(nèi)容包括：天體運(yùn)動(dòng)、地球表面重力、人造衛(wèi)星軌道等。核心素養(yǎng)目標(biāo)1.科學(xué)探究：通過實(shí)驗(yàn)和觀察，培養(yǎng)學(xué)生提出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析數(shù)據(jù)和得出結(jié)論的能力，提升科學(xué)探究的素養(yǎng)。

2.科學(xué)思維：引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用邏輯推理、模型構(gòu)建等方法，理解和應(yīng)用萬有引力定律，培養(yǎng)批判性思維和系統(tǒng)思維能力。

3.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：使學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理學(xué)在科技發(fā)展和社會(huì)生活中的重要作用，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感。

4.科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境（STSE）意識(shí)：通過分析萬有引力定律在航天、地球科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境之間相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)。重點(diǎn)難點(diǎn)及解決辦法重點(diǎn)：

1.萬有引力定律的推導(dǎo)過程：重點(diǎn)理解牛頓是如何通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)推導(dǎo)得出萬有引力定律的。

解決辦法：通過歷史背景介紹和實(shí)驗(yàn)演示，逐步引導(dǎo)學(xué)生理解定律的推導(dǎo)過程。

難點(diǎn)：

1.天體運(yùn)動(dòng)中的萬有引力計(jì)算：學(xué)生難以將萬有引力定律應(yīng)用于復(fù)雜的天體運(yùn)動(dòng)問題。

解決辦法：采用簡化的模型，逐步引入變量，通過實(shí)例分析和練習(xí)，幫助學(xué)生逐步掌握計(jì)算方法。

2.人造衛(wèi)星軌道問題：涉及多種物理量的綜合應(yīng)用，計(jì)算過程復(fù)雜。

解決辦法：分步驟講解，先從基礎(chǔ)公式入手，逐步引入更多變量，通過模擬計(jì)算和討論，幫助學(xué)生突破難點(diǎn)。教學(xué)資源1.軟硬件資源：物理實(shí)驗(yàn)裝置（天平、彈簧秤、斜面等）、計(jì)算機(jī)、投影儀、白板。

2.課程平臺(tái)：學(xué)校內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，用于上傳教學(xué)資料和學(xué)生作業(yè)。

3.信息化資源：萬有引力定律相關(guān)的教學(xué)視頻、動(dòng)畫演示軟件、在線計(jì)算器。

4.教學(xué)手段：多媒體課件、板書、實(shí)物模型、課堂討論、小組合作學(xué)習(xí)。教學(xué)過程設(shè)計(jì)導(dǎo)入新課（5分鐘）

目標(biāo)：引起學(xué)生對(duì)萬有引力定律的興趣，激發(fā)其探索欲望。

過程：

開場(chǎng)提問：“你們知道什么是萬有引力嗎？它在我們的生活中有什么作用？”

展示一些關(guān)于天體運(yùn)動(dòng)、地球表面重力等與萬有引力相關(guān)的圖片或視頻片段，讓學(xué)生初步感受萬有引力定律的魅力或特點(diǎn)。

簡短介紹萬有引力定律的基本概念和重要性，為接下來的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

XX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組成部分或功能，使用圖表或示意圖幫助學(xué)生理解引力是如何隨著距離和質(zhì)量的變化而變化的。

XX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)典型的萬有引力定律案例進(jìn)行分析，如開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律、人造衛(wèi)星軌道計(jì)算等。

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科學(xué)研究和工程技術(shù)中的應(yīng)用。

引導(dǎo)學(xué)生思考這些案例對(duì)實(shí)際生活或?qū)W習(xí)的影響，以及如何應(yīng)用萬有引力定律解決實(shí)際問題。

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)與萬有引力定律相關(guān)的主題進(jìn)行深入討論，如“如何利用萬有引力定律設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的衛(wèi)星追蹤系統(tǒng)”。

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。

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(duì)萬有引力定律的認(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(duì)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。

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)萬有引力定律的重要性和意義。

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)萬有引力定律在現(xiàn)實(shí)生活或?qū)W習(xí)中的價(jià)值和作用，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步探索和應(yīng)用萬有引力定律。

布置課后作業(yè)：讓學(xué)生撰寫一篇關(guān)于萬有引力定律的短文或報(bào)告，以鞏固學(xué)習(xí)效果。拓展與延伸六、拓展與延伸

1.提供與本節(jié)課內(nèi)容相關(guān)的拓展閱讀材料：

-《宇宙中的萬有引力》：介紹萬有引力定律在宇宙學(xué)中的應(yīng)用，包括恒星、行星、星系等天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

-《牛頓的萬有引力定律》：探討牛頓提出萬有引力定律的歷史背景、實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程。

-《廣義相對(duì)論與萬有引力》：簡要介紹愛因斯坦的廣義相對(duì)論，以及它如何修正了牛頓的萬有引力定律。

-《天體物理學(xué)導(dǎo)論》：涉及天體物理學(xué)的基本概念和原理，包括星系形成、黑洞、宇宙膨脹等內(nèi)容。

2.鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行課后自主學(xué)習(xí)和探究：

-學(xué)生可以嘗試使用萬有引力定律計(jì)算地球表面不同緯度的重力加速度。

-探究地球繞太陽公轉(zhuǎn)的周期與軌道半徑之間的關(guān)系，驗(yàn)證開普勒第三定律。

-通過模擬軟件，觀察不同質(zhì)量天體之間的引力作用，理解雙星系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

-研究地球同步衛(wèi)星的軌道高度和周期，分析其與地球自轉(zhuǎn)的關(guān)系。

-設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證萬有引力定律在地球表面附近是否成立。

-分析太陽系中行星軌道的穩(wěn)定性，探討萬有引力定律在行星運(yùn)動(dòng)中的作用。

-探究萬有引力定律在航天工程中的應(yīng)用，如衛(wèi)星發(fā)射、軌道設(shè)計(jì)等。

3.實(shí)踐活動(dòng)建議：

-組織學(xué)生參觀天文館或科技館，了解萬有引力定律在天文學(xué)和航天技術(shù)中的應(yīng)用。

-邀請(qǐng)?zhí)煳膶W(xué)家或物理學(xué)家進(jìn)行講座，分享他們?cè)谌f有引力定律研究中的成果。

-開展小組合作項(xiàng)目，讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)基于萬有引力定律的實(shí)驗(yàn)或模型。

-通過在線課程或講座，學(xué)習(xí)萬有引力定律的最新研究進(jìn)展。教學(xué)反思與改進(jìn)教學(xué)結(jié)束后，我會(huì)進(jìn)行以下反思活動(dòng)來評(píng)估教學(xué)效果并識(shí)別需要改進(jìn)的地方：

1.學(xué)生反饋：我會(huì)收集學(xué)生的反饋，了解他們對(duì)課程的看法，包括哪些部分他們認(rèn)為最有價(jià)值，哪些部分需要改進(jìn)。我會(huì)通過問卷調(diào)查、個(gè)別訪談或小組討論的方式收集這些信息。

2.教學(xué)觀察：我會(huì)回顧自己的教學(xué)過程，思考自己在課堂管理、時(shí)間分配、互動(dòng)交流等方面做得如何。我會(huì)在課后記錄自己的觀察，以便在未來的教學(xué)中進(jìn)行調(diào)整。

3.教學(xué)效果評(píng)估：我會(huì)通過學(xué)生的作業(yè)、考試和項(xiàng)目來完成對(duì)教學(xué)效果的評(píng)估。我會(huì)特別關(guān)注那些在萬有引力定律應(yīng)用方面表現(xiàn)不佳的學(xué)生，分析他們的問題所在。

在反思的基礎(chǔ)上，我計(jì)劃實(shí)施以下改進(jìn)措施：

-課堂互動(dòng)：我會(huì)在課堂上更多地鼓勵(lì)學(xué)生提問和參與討論，以增強(qiáng)他們的參與感和學(xué)習(xí)動(dòng)力。例如，我可以設(shè)置一些小組討論的問題，讓學(xué)生在小組內(nèi)討論后，全班分享他們的觀點(diǎn)。

-實(shí)踐活動(dòng)：我計(jì)劃增加一些實(shí)踐活動(dòng)，如模擬實(shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，讓學(xué)生能夠親身體驗(yàn)萬有引力定律的應(yīng)用。這樣不僅能夠提高他們的實(shí)踐能力，還能增強(qiáng)他們對(duì)知識(shí)的理解。

-個(gè)性化教學(xué)：我會(huì)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格和進(jìn)度，提供個(gè)性化的輔導(dǎo)。對(duì)于那些理解有困難的學(xué)生，我會(huì)提供額外的輔導(dǎo)和練習(xí)。

-教學(xué)資源：我計(jì)劃更新和擴(kuò)展教學(xué)資源，包括使用更多的多媒體材料、在線資源和互動(dòng)軟件，以幫助學(xué)生更好地理解復(fù)雜的概念。

-評(píng)估方法：我會(huì)嘗試不同的評(píng)估方法，如項(xiàng)目評(píng)估、口頭報(bào)告和自我評(píng)估，以更全面地評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。課后作業(yè)1.**計(jì)算題**：

地球的質(zhì)量約為\(5.98\times10^{24}\)kg，月球的質(zhì)量約為\(7.35\times10^{22}\)kg，地球到月球的平均距離約為\(3.84\times10^{8}\)m。根據(jù)萬有引力定律，計(jì)算地球和月球之間的引力大小。

**答案**：使用公式\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)，其中\(zhòng)(G=6.674\times10^{-11}\text{Nm}^2/\text{kg}^2\)，得到\(F\approx1.98\times10^{20}\)N。

2.**應(yīng)用題**：

一顆人造衛(wèi)星在地球軌道上以圓形軌道運(yùn)行，其軌道半徑為地球半徑的6倍。計(jì)算衛(wèi)星的運(yùn)行周期。

**答案**：使用開普勒第三定律\(T^2\proptor^3\)，其中\(zhòng)(T\)是周期，\(r\)是軌道半徑。地球半徑\(R\approx6.37\times10^6\)m，所以\(r=6R=3.81\times10^7\)m。地球自轉(zhuǎn)周期\(T_{\text{地球}}=24\)小時(shí)。通過比例計(jì)算，得到衛(wèi)星的周期\(T\approx54\)小時(shí)。

3.**實(shí)驗(yàn)題**：

設(shè)一個(gè)質(zhì)量為\(m\)的物體在地球表面受到的重力為\(mg\)，其中\(zhòng)(g\approx9.8\text{m/s}^2\)。如果物體被帶到距離地球表面\(h\)的高度，重力將變?yōu)閈(mg'=\frac{GMm}{(R+h)^2}\)，其中\(zhòng)(G\)是萬有引力常數(shù)，\(M\)是地球質(zhì)量，\(R\)是地球半徑。證明\(g'=g\left(1-\frac{2h}{R}\right)\)。

**答案**：將\(GM=gR^2\)代入\(mg'=\frac{GMm}{(R+h)^2}\)，得到\(g'=\frac{gR^2}{(R+h)^2}\)。展開并簡化，得到\(g'=g\left(1-\frac{2h}{R}\right)\)。

4.**設(shè)計(jì)題**：

設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證萬有引力定律。描述實(shí)驗(yàn)步驟、所需材料和預(yù)期結(jié)果。

**答案**：實(shí)驗(yàn)步驟：

a.準(zhǔn)備兩個(gè)質(zhì)量已知的金屬球，一個(gè)懸掛在天平的一端，另一個(gè)放在地面上。

b.測(cè)量懸掛球的質(zhì)量\(m_1\)和地面球的質(zhì)量\(m_2\)。

c.計(jì)算兩個(gè)球之間的預(yù)期引力\(F=G\frac{m_1m_2