加载中…
个人资料
习会勇物理工作室
习会勇物理工作室
  • 博客等级:
  • 博客积分:0
  • 博客访问:6,545
  • 关注人气:1
  • 获赠金笔:0支
  • 赠出金笔:0支
  • 荣誉徽章:
相关博文
推荐博文
谁看过这篇博文
加载中…
正文 字体大小:

万有引力教学设计(习会勇原创)

(2021-04-12 00:00:00)
分类: 教学资源

7章 万有引力与宇宙航行

一、单元课标分析

《万有引力定律》是《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》必修课程必修2模块中“万有引力定律与曲线运动”主题下的内容,内容要求为:知道万有引力定律。认识发现万有引力定律的重要意义。认识科学定律对人类探索未知世界的作用。

二、单元内容和内容解析

1.内容:1)行星的运动;(2)万有引力;(3)万有引力的理论成就;(4)宇宙航行;(5)相对论时空观与牛顿力学的局限性。

2.内容解析:

1)内容的本质:《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》的解读为:万有引力定律的发现过程蕴含着丰富的科学本质教育因素,对发展学生的科学态度与责任具有重要价值。例如统一性观念促使牛顿完成了物理学史上的第一次大综合。

从行星运动规律到万有引力定律的建立过程,是本章重要内容,让学生经历万有引力定律的推导过程具有重要价值,能够培养学生的科学思维和科学探究素养。鉴于高中生的知识基础,要从圆轨道情形推导出万有引力定律。在推导过程,不仅需要演绎推理,也需要大胆的假设。

2教学重点:开普勒定律、万有引力定律的建立过程和应用、宇宙航行。

3教学难点:万有引力定律的建立过程、万有引力定律的应用、宇宙航行中的发射、变轨问题。

4教学方法:讲授法、启发式教学、谈话法

三、单元目标和目标解析

1.单元目标:

1)相互作用物理观念的培养;(2)物理建模能力的培养;(3)科学态度的与责任的提升,特别是民族自豪感的培养。

2.核心素养目标解析:

1)物理观念:开普勒三大定律研究了行星的运动规律,分析行星运动的原因是相互作用力,进而得出万有引力,注重渗透运动和相互作用这一大概念。

2)科学思维:通过万有引力定律的应用与宇宙航行的学习,引导学生建立模型,在解决问题中培养建模能力。

3)科学态度与责任:通过万有引力理论的建立和日地检验的学习,培养科学论证能力素养。

四、单元学情分析

这一章与前一章曲线运动联系非常密切,所以具有一定的综合性。实践表明,这一章的学习普遍存在以下难点: 一是模型建构能力欠缺。不能很好地构建天体运动模型,且不能灵活应用,易发生混淆。二是公式较多。导出公式多,不容易记忆。三是运算复杂。学生对于全是字母的运算不“敏感”,易发生混淆。

五、单元实施

1.行星的运动   1课时

2.万有引力定律    2课时

3.万有引力的理论成就  2课时

4.宇宙航行        2课时

5.相对论时空观与牛顿力学的局限性   1课时

六、课时教学设计

7.2万有引力定律

(一)情境引入,激发欲望

太阳系八大行星围绕太阳做圆周运动哥白尼说:“太阳坐在它的皇位上管理着围绕它的一切星球。” 为什么行星绕太阳运动?行星的轨迹为什么是椭圆? 开普勒、伽利略、笛卡尔和牛顿等人提出各种不同的解释……

(二)组内合作,自学讨论

牛顿:使行星沿圆或椭圆运动,需要指向圆心或椭圆焦点的力,这个力应该就是太阳对它的引力。引力的大小能确定吗?

(三班内交流,确定难点

1.行星与太阳间的引力

牛顿认为太阳与行星间存在吸引力,牛顿从椭圆轨道出发,利用数学分析得到了太阳与行星间吸引力的表达式。限于数学知识,让我们把问题简化,遵循牛顿的基本思路,探寻太阳与行星间的吸引力。

万有引力教学设计(习会勇原创) 

太阳对行星的吸引力提供向心力

问题1:行星轨道为椭圆,如何简化问题进行处理?

问题2:行星做什么运动?行星受到的合力为零吗?

问题3:向心力由什么力提供? 如何计算太阳对行星引力的大小?太阳对行星的吸引力沿什么方向?

问题4:天文观测能测得周期T,而行星的速度在地球上无法观测到。周期与线速度有何关系?用周期如何表达向心力?

问题5:引力与半径有何关系?不同行星的周期和半径不同,如何从表达式中消除周期T.得到引力和半径的关系?周期和轨道半径有何关系?

将行星轨道视为圆轨道,行星做匀速圆周运动,太阳对行星的吸引力提供向心力,

F=mr(v2)

行星转动周期为Tv= T(2πr),代入上式得到,

万有引力教学设计(习会勇原创)

万有引力教学设计(习会勇原创)利用开普勒第三定律万有引力教学设计(习会勇原创),变形为

向心力的表达式为万有引力教学设计(习会勇原创)

万有引力教学设计(习会勇原创)

由牛顿第三定律知:万有引力教学设计(习会勇原创)

综上:万有引力教学设计(习会勇原创)

其中:G是常量,与太阳和行星都没有关系。

(四)点拨精讲,解难释疑

1.-地检验

牛顿之问:地球绕太阳运动,月球绕地球运动,它们之间的作用力是同一种性质的力吗?这种力与地球对树上苹果的吸引力也是同一种性质的力吗?

假设地球与月球间的作用力和太阳与行星间的作用力是同一种力,它们的表达式也应该满足

万有引力教学设计(习会勇原创)

问题1牛顿第二定律F=ma,分别推导出月球绕地球的向心加速度和地球上苹果的加速度表达式?

万有引力教学设计(习会勇原创)

万有引力教学设计(习会勇原创)

问题2:月球的向心加速度和苹果的加速度有何关系?

万有引力教学设计(习会勇原创)

万有引力教学设计(习会勇原创)

万有引力教学设计(习会勇原创)问题3: 在牛顿时代,已知自由落体加速度g9.8 m/s2,月球中心距离地球中心的距离为3.8 ×108 m, 月球公转周期为27.3 d,2.36×106s。根据这些数据,能否验证前面的假设?

 

万有引力教学设计(习会勇原创)

结论:根据观测数据计算结果和推理结论符合。地面物体所受地球的引力、月球受地球的吸引力,与太阳、行星间的引力是同一种性质的力。天上人间确实一样!

2.万有引力定律

1)内容: 自然界中任何两个物体都相互吸引,引力的大小与物体的质量m1m2的乘积成正比,与它们之间距离r的二次方成反比。

2表达式:F=Gr2(m1m2)

问题1:公式适用于什么物体?

问题2:对于均匀的球体,球体间的距离r是什么含义?

3.引力常量

Fr和质量m的单位确定后,引力常量G的数值应由实验测量。英国物理学家卡文迪许首先测得引力常量G的数值。

教师活动:结合PPT和动画模拟介绍卡文迪许实验。

万有引力教学设计(习会勇原创) 

(五)随堂练习,当堂反馈

1:下面关于万有引力的说法中正确的是(    

A、万有引力是普遍存在于宇宙中所有具有质量的物体之间的相互作用

B、重力和万有引力是两种不同性质的力

C、两个物体间的万有引力,质量大的物体引力较大

D、当两物体间距为零时,万有引力将无穷大

万有引力教学设计(习会勇原创)2:如图所示,r 虽然大于两球的半径,但两球的半径不能忽略,而球的质量分布均匀,大小分别为m1m2,则两球间万有引力的大小为为多少?

 

 

 

 

(六)归纳总结,科学评价

 

七、作业布置教材54页第3题、第4

八、板书设计

7.2 万有引力定律

一、太阳与行星间的引力

F=Gr2(Mm)

二、月地检验

假设:地球对物体的吸引力和地球对月亮的吸引力是同一种性质的力

推论:a=3600(1)

结论:假设正确

三、万有引力定律

1.内容

2.表达式:F=Gr2(m1m2)

3.适用条件

四、引力常量

1.测量原理

2.实验测量值

九、教学反思

 

0

阅读 评论 收藏 转载 喜欢 打印举报/Report
  • 评论加载中,请稍候...
发评论

    发评论

    以上网友发言只代表其个人观点,不代表新浪网的观点或立场。

      

    新浪BLOG意见反馈留言板 电话:4000520066 提示音后按1键(按当地市话标准计费) 欢迎批评指正

    新浪简介 | About Sina | 广告服务 | 联系我们 | 招聘信息 | 网站律师 | SINA English | 会员注册 | 产品答疑

    新浪公司 版权所有