第三節(jié)萬有引力定律的應(yīng)用（第一課時）教學(xué)設(shè)計(jì)：周寶蓮（汕頭市澄海高級中學(xué)）一、指導(dǎo)思想與理論依據(jù)物理學(xué)是一門基礎(chǔ)自然科學(xué)，它所研究的是物質(zhì)的最普遍的相互作用、最一般的運(yùn)動規(guī)律。因此，通過認(rèn)識萬有引力定律的重要理論和應(yīng)用，體會科學(xué)規(guī)律對人類探索未知世界的作用，有利于培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的熱愛，形成細(xì)心、謹(jǐn)慎的科學(xué)態(tài)度與不斷追求的科學(xué)精神。通過認(rèn)識萬有引力理論的成就，體會科學(xué)研究方法對人們認(rèn)識自然的重要作用，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，體現(xiàn)出民主、文明、和諧，友善、自由、平等的社會主義核心價(jià)值觀。二、教學(xué)背景分析1．在教材中的地位萬有引力定律的應(yīng)用是粵教2003課標(biāo)版物理必修2第三章《萬有引力定律及其應(yīng)用》中的第三節(jié)課，在教學(xué)大綱中為Ⅱ級要求，屬于較高要求層次。萬有引力定律的應(yīng)用是萬有引力定律及其應(yīng)用的重要組成部分，它是本章的一個教學(xué)重點(diǎn)，是對前面兩節(jié)的總結(jié)和綜合應(yīng)用，通過利用萬有引力計(jì)算天體的質(zhì)量、密度和表面加速度體會萬有引力的偉大和迷人之處，同時也為第四節(jié)飛向太空提供理論指導(dǎo)，本節(jié)是本章的核心節(jié)，舉足輕重，起到承上啟下的作用。2．學(xué)生情況在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，我校學(xué)生已經(jīng)掌握萬有引力定律的內(nèi)容和表達(dá)式，并能利用萬有引力定律計(jì)算兩個物體的萬有引力。學(xué)生通過閱讀書本和上網(wǎng)查閱資料已經(jīng)初步了解萬有引力定律的應(yīng)用，但對其原理和理論推導(dǎo)還一知半解，這需要教師通過幫助學(xué)生建立物理模型，形成解決天體問題的思路。3．教學(xué)方式說明本節(jié)課所采用的教學(xué)方式是指導(dǎo)學(xué)生課外查閱資料，通過組成興趣小組形成成果，最終通過課件進(jìn)行演示。本節(jié)重視學(xué)生的課前預(yù)習(xí)，通過這種方式提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時，該知識點(diǎn)比較難，學(xué)生的提前預(yù)習(xí)可以降低教學(xué)難度，提高教學(xué)效率。本節(jié)通過引用“阿波羅登月”和“神舟十號飛船太空授課”兩個視頻進(jìn)行教學(xué)，把抽象、難解的物理規(guī)律形象地表現(xiàn)出來。通過3個習(xí)題進(jìn)行規(guī)律應(yīng)用和推導(dǎo)，體會科學(xué)規(guī)律對人類探索未知世界的作用，有利于培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的熱愛，形成細(xì)心、謹(jǐn)慎的科學(xué)態(tài)度與不斷追求的科學(xué)精神。三、教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)（一）教學(xué)目標(biāo)：1．了解萬有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識萬有引力的物理觀念的科學(xué)素養(yǎng)。2．會用萬有引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量、密度，計(jì)算天體表面的重力加速度，體會萬有引力定律經(jīng)受實(shí)踐的檢驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)思維的科學(xué)素養(yǎng)。3．認(rèn)識萬有引力定律的科學(xué)成就，體會科學(xué)思想方法，培養(yǎng)學(xué)生利用萬有引力定律探索未知世界，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與獻(xiàn)身科學(xué)的社會責(zé)任。培養(yǎng)學(xué)生的民主、文明、和諧，友善、自由、平等的社會主義核心價(jià)值觀。（二）教學(xué)重點(diǎn)天體的質(zhì)量、密度和表面加速度的的計(jì)算（三）教學(xué)難點(diǎn)萬有引力近似等于重力的思路建立和理解，天體模型的建立（四）教學(xué)工具PPT課件、視頻、學(xué)生課題小組演示成果四、教學(xué)過程設(shè)計(jì)（一）教學(xué)環(huán)節(jié)一：布置課前預(yù)習(xí)1．課前預(yù)習(xí)1：查找以下資料，并記錄數(shù)據(jù)。（1）找出地球的半徑和質(zhì)量。（2）找出神舟十號飛船的參數(shù)，記錄飛船繞地球公轉(zhuǎn)的高度和周期。（3）找出月心和地心的距離和月球公轉(zhuǎn)周期。2．課前預(yù)習(xí)2：查找資料，找出萬有引力的理論有哪些成就？并制作課件演示。由物理課題小組完成。3．課前預(yù)習(xí)3：已知地球自轉(zhuǎn)的周期是24小時，地球R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2，求出物體m=100kg在北緯450時所受重力的大小和所需要的向心力的大小？【設(shè)計(jì)意圖】重視學(xué)生的課前預(yù)習(xí)，通過這種方式激起求知欲，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。學(xué)生通過自由組合組建成興趣小組，培養(yǎng)學(xué)生的民主、文明、和諧，友善、自由、平等的社會主義核心價(jià)值觀。由于該知識點(diǎn)比較難，學(xué)生的提前預(yù)習(xí)可以節(jié)省教學(xué)時間，降低教學(xué)難度，提高教學(xué)效率。（二）教學(xué)環(huán)節(jié)二：物理課題小組以課件形式演示研究成果。 1．查找以下資料，并記錄數(shù)據(jù)。（1）找出地球的半徑和質(zhì)量。5.965×1024kg。均密度為5507.85kg/m3。直徑為12756千米。（2）找出神舟十號飛船的參數(shù)，記錄飛船繞地球公轉(zhuǎn)的高度和周期。高度：約9米重量：約8噸直徑：最大直徑2.9米組成：推進(jìn)艙、返回艙和軌道艙發(fā)射時間：2013年6月11日17時38分02.666秒返回時間：2013年6月26日8時07分飛行速度：約每秒7.9公里，每小時飛行2.8萬公里，每90分鐘繞地球一圈飛行時間：在軌飛行15天，其中12天與天宮一號組成組合體在太空中飛行發(fā)射初始軌道：近地點(diǎn)約200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)約330公里的橢圓軌道交會，環(huán)繞軌道高度:350km對接軌道：距地約343公里的近圓軌道航天員乘組：聶海勝、張曉光、王亞平任務(wù)階段：載人航天工程第二步第一階段，交會對接任務(wù)收官之戰(zhàn)，載人飛船天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)定型階段。試驗(yàn)任務(wù)：自動和手動交會對接、組合體飛行、繞飛等。（3）找出月心和地心的距離和月球公轉(zhuǎn)周期。地球到月球的平均距離是384,403.9千米。球離地球近地點(diǎn)距離為36.3萬千米，距離地球最遠(yuǎn)的遠(yuǎn)地點(diǎn)距離為40.6萬千米，平均公轉(zhuǎn)周期27.32天。2．萬有引力的理論的成就：（1）測量地球的質(zhì)量（2）測量天體的質(zhì)量（3）計(jì)算天體的密度（4）發(fā)現(xiàn)未知天體【設(shè)計(jì)意圖】通過展示成果這種方式激起求知欲，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。學(xué)生通過自由組合組建成興趣小組，培養(yǎng)學(xué)生的民主、文明、和諧，友善、自由、平等的社會主義核心價(jià)值觀。（三）教學(xué)環(huán)節(jié)三：新課引入如何稱量物體的質(zhì)量？如果是一個蘋果，我們可以用天平測量。如果是一頭成年的大象，我們可以用古代的曹沖稱象的方法稱出大象的質(zhì)量。如果是我們腳下的地球，我們又將如何測出地球的質(zhì)量呢？【設(shè)計(jì)意圖】創(chuàng)設(shè)問題情景，提出問題，起求知欲。（四）教學(xué)環(huán)節(jié)四：測量地球的質(zhì)量1．復(fù)習(xí)萬有引力定律的公式和公式中的G的物理意義。萬有引力定律的公式是：公式中的G的物理意義是引力常量，G=6.67×10-11Nm2/kg2。2．指出地球上赤道、北緯45度、北極三個地方的萬有引力和隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力的方向和大小關(guān)系。通過圖示總結(jié)出結(jié)論：在地球表面，物體的受到重力是地球?qū)ξ矬w的萬有引力的分力。3．通過課前預(yù)習(xí)3計(jì)算在北緯450時所受重力的大小和所需要的向心力的大小，通過具體數(shù)據(jù)突破難點(diǎn)，即在地球表面，忽略地球的自轉(zhuǎn)，物體受到的萬有引力大小近似等于重力大小。課前預(yù)習(xí)3：已知地球自轉(zhuǎn)的周期是24小時，地球R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2，求出物體m=100kg在北緯450時所受重力的大小和所需要的向心力的大??？解答：物體m=100kg在北緯450時所受重力的大?。核枰南蛐牧Φ拇笮。航處熇脤?shí)物投影儀對學(xué)生解題情況進(jìn)行投影，師生一起找出解答中出現(xiàn)的問題并進(jìn)行糾錯。學(xué)生總結(jié)：在地球表面，忽略地球的自轉(zhuǎn)，物體受到的萬有引力大小近似等于重力大小?！驹O(shè)計(jì)意圖】通過學(xué)生的提前預(yù)習(xí)可以節(jié)省教學(xué)時間。在課堂上利用實(shí)物投影儀對學(xué)生解題情況進(jìn)行投影對解答中出現(xiàn)的問題進(jìn)行糾錯，有的放矢，突出重難點(diǎn)，降低教學(xué)難度，提高教學(xué)效率。4．利用思路一在地球表面，忽略地球的自轉(zhuǎn)，物體受到的萬有引力大小近似等于重力大小。測量地球的質(zhì)量?！纠}1】已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，地球半徑R=6400km，引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2，請根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算地球的質(zhì)量。（保留小數(shù)點(diǎn)后一位）解答：在地球表面，質(zhì)量為m的物體受到的萬有引力大小近似等于重力大小，則：【設(shè)計(jì)意圖】通過例題加深對萬有引力大小近似等于重力大小思路的認(rèn)識，懂得利用該思路解決天體問題。5．總結(jié)解題思路，利用在地球表面，質(zhì)量為m的物體受到的萬有引力大小近似等于重力大小的關(guān)系再代入引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2就可以求解出地球的質(zhì)量，引力常量G是由科學(xué)家卡文迪許測出來的，因此，卡文迪許被稱為“第一個稱出地球質(zhì)量的人”。【設(shè)計(jì)意圖】將真實(shí)的歷史事件、感人的科學(xué)精神、不斷創(chuàng)新的思維方法，融入到物理教學(xué)中去，使科學(xué)求“真”的理性思維與人文文化中那種至善、至美的追求相結(jié)合，讓物理課堂充滿激情，從而激發(fā)學(xué)生對自然、對生活、對生命的熱愛，引導(dǎo)學(xué)生逐步樹立起崇高的理想以及人生觀和價(jià)值觀，學(xué)會思考和生活，學(xué)會感恩和珍惜，學(xué)會探索和創(chuàng)新，體現(xiàn)出文明、和諧，友善的社會主義核心價(jià)值觀。（五）教學(xué)環(huán)節(jié)五：測量天體的質(zhì)量和密度1．根據(jù)測量地球的方法可以測量其它天體的質(zhì)量，師生一起總結(jié)出解題思路。若不考慮星球自轉(zhuǎn)的影響，星球?qū)Φ孛嫔系奈矬w的萬有引力等于重力。在星球表面，對于質(zhì)量為m的物體有：利用這種辦法只需要已知該星球的表面重力加速度g、該星球的半徑R以及引力常量G，就可以求解出火星、月球或者其它星球的質(zhì)量?！驹O(shè)計(jì)意圖】通過知識的遷移加深對該思路的理解和應(yīng)用。2．測量天體的密度，師生一起總結(jié)出解題思路。設(shè)地球的質(zhì)量為，地球的半徑為，地球的表面的重力加速度為，忽略地球自轉(zhuǎn)的影響，根據(jù)萬有引力定律有：將地球看作均勻球體有：解得地球的平均密度3．活學(xué)活用，利用該思路計(jì)算地球的質(zhì)量。學(xué)生自主解答，說出解題思路。練習(xí)：已知地球的表面的重力加速度為g，地球的半徑為R，引力常量為G，則地球的密度為A．ρ＝3g/4πRGB．ρ＝3g/4πR2GC．ρ＝g/RGD．ρ＝g/R2G答案是：A【設(shè)計(jì)意圖】通過練習(xí)的使學(xué)生熟悉使用該思路求解天體的密度。（六）教學(xué)環(huán)節(jié)六：求天體表面的重力加速度1．求天體表面的重力加速度若不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響，地球?qū)Φ孛嫔系奈矬w的萬有引力等于重力：在地球表面，對于質(zhì)量為m的物體有：解得地球的表面的重力加速度為：對于高為h的山上質(zhì)量為m的物體有：解得高為h的山上的重力加速度為：2．活學(xué)活用，利用例題求解月球的表面加速度?！纠}2】（課本P43“問題與練習(xí)”：1）已知月球的質(zhì)量是7.3×1022kg，半徑是1.7×103km。月球表面的自由落體加速度有多大？這對宇航員在月球表面的行動會產(chǎn)生什么影響？解：在月球表面，對于質(zhì)量為m的物體有：思考：月球的平均密度是地球平均密度的多少倍？對地球有：對月球有：解得：則月球的密度是地球的三分之二，同樣大的一塊石頭，在月球表面的石頭比地球表面的石頭輕?！驹O(shè)計(jì)意圖】通過例題加深對該思路的理解和應(yīng)用，通過計(jì)算算出密度和表面重力加速度，變抽象為形象，讓學(xué)生更加了解月球，讓學(xué)生體會到萬有引力定律的迷人之處。3．拓展應(yīng)用，師生討論在月球表面行走的感覺。計(jì)算月球表面的重力加速度，已知：解得：宇航員在月球表面感覺很輕，可能會跳躍式行走。為了加深對月球的了解，通過讓學(xué)生觀看阿波羅登月視頻，體會到萬有引力定律的迷人之處?！驹O(shè)計(jì)意圖】觀看阿波羅登月視頻，變抽象為形象，讓學(xué)生更加了解月球，讓學(xué)生體會到萬有引力定律的迷人之處，使得學(xué)生熱愛自然，熱愛科學(xué)。通過了解科學(xué)家的太空探索歷程和為科學(xué)獻(xiàn)身的事跡，增強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感。4．愛國主義教育和科學(xué)知識普及，通過課前預(yù)習(xí)查找出神舟十號飛船的參數(shù)，并記錄神舟十號飛船繞地球公轉(zhuǎn)的高度和周期。為計(jì)算天體質(zhì)量的另一個思路做鋪墊。課前預(yù)習(xí)1：2013年6月11日17時38分，搭載聶海勝、張曉光、王亞平3名航天員的神舟十號飛船成功發(fā)射。查找出神舟十號飛船的參數(shù)，并記錄神舟十號飛船繞地球公轉(zhuǎn)的高度和周期。高度：約9米

；重量：約8噸直徑：最大直徑2.9米組成：推進(jìn)艙、返回艙和軌道艙飛行速度：約每秒7.9公里，每小時飛行2.8萬公里，每90分鐘繞地球一圈飛行時間：在軌飛行15天，其中12天與天宮一號組成組合體在太空中飛行發(fā)射初始軌道：近地點(diǎn)約200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)約330公里的橢圓軌道交會。對接軌道：距地約343公里的近圓軌道【設(shè)計(jì)意圖】通過查找資料了解我國的航天事業(yè)的快速發(fā)展，培養(yǎng)愛國主義情懷，體會富強(qiáng)、民主的重要性，增強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感和使命感。5．學(xué)生觀看神舟十號飛船在太空的太空授課視頻，了解太空生活和失重現(xiàn)象?！驹O(shè)計(jì)意圖】觀看太空授課視頻，變抽象為形象，了解太空生活和失重現(xiàn)象，為例題提供解題背景。培養(yǎng)愛國主義情懷，體會富強(qiáng)、民主的重要性，增強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感和使命感。6．活學(xué)活用，利用練習(xí)求解月球的表面加速度。宇航員王亞平在“天宮1號”飛船內(nèi)進(jìn)行了我國首次太空授課，演示了一些完全失重狀態(tài)下的物理現(xiàn)象。若飛船質(zhì)量m，距地面高度為h，地球質(zhì)量為M，半徑為R，引力常量為G，則飛船所在處的重力加速度大小為A.0B.

C.

D.

答案是：B【設(shè)計(jì)意圖】通過練習(xí)加深對該思路的理解和應(yīng)用。（七）教學(xué)環(huán)節(jié)七：課堂小結(jié)萬有引力定律真是迷人！讓學(xué)生總結(jié)概括萬有引力定律有哪些迷人之處？1．求天體的重量2．求天體的密度3．求天體表面的重力加速度（八）教學(xué)環(huán)節(jié)八：布置作業(yè)：1．根據(jù)查閱的神十飛船飛行高度和公轉(zhuǎn)周期和月球的公轉(zhuǎn)半徑和周期設(shè)計(jì)計(jì)算地球質(zhì)量的另外二種方法。2．課本P43“問題與練習(xí)”五、教學(xué)設(shè)計(jì)特色說明及課后反思本節(jié)課所采用的教學(xué)方式是指導(dǎo)學(xué)生課外查閱資料，通過組成興趣小組形成成果，最終通過