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（新教材）统编人教版高中物理必修二第七章第 2 节
《万有引力定律》说课稿
（各位老师，大家好）我说课的内容选自人教版高中物理必修二第七章第 2 节《万有引力
定律》，我的说课将按以下流程进行！
【说课环节安排】
教学目标设计、教法学法设计、教学活动设计、作业与评价设计、教学设计反思
【教学目标设计】
将以课标、教材、学情三个为依据
课程标准
普通高中物理课程标准（2017 版 2020 年修订）【内容要求】：“2.2.4 通过史实，了解万
有引力定律的发现过程。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。”
教材依据：
本单元由三个主题组成，回顾过去，介绍人类对行星运动规律的认识过程和牛顿建立万有
引力定律的过程。展示现在，即应用万有引力定律所取得的巨大成就。展望未来，指出万有引力定律的局限性和新理论的发现。
本节地位与价值：从行星运动规律到万有引力定律的建立过程，是本章的重要内容，万有引力定律是本章的核心内容，本节从动力学角度研究行星的运动，是上一节从运动学的角度研究行星运动的延续，也为《万有引力理论的成就》以及《宇宙航行》做好铺垫。
从价值引领来看，本节教材用丰富的史实，展示了万有引力定律的发现过程，包括问题的提出、演绎、假设与推理、结论的得出、检验论证等，是一个比较完整的探究过程。介绍了卡文迪什测出引力常量的重要意义，提供了很多落实物理学科核心素养的素材。
学情分析：
学生已经学习了牛顿运动定律、圆周运动和开普勒三定律，理论上已经具备了接受万有引
力定律的能力。
本节在探究行星与太阳间关系以及月地检验时推理能力、创新能力还比较欠缺，需要教师耐心引导。
确定教学目标：
基于以上对课标、教材和学情的分析，我从物理学科核心素养的四个层面确定了本节课的
教学目标。
物理观念：
通过万有引力定律的推导过程进一步深化学生的运动和相互作用观念。理解万有引力定律
的内容，知道其表达式和适用范围。
科学思维：
通过提出是什么原因使行星绕太阳运动这一问题，引导学生利用惯性定律思考行星一定
受到太阳的引力作用。
利用牛顿第二定律和开普勒第三定律并结合牛顿第三定律推导万有引力的表达式，培养学生的模型建构能力和科学推理能力;
利用“月—地检验”过程培养学生的科学论证能力。
(
1
)
科学探究：
引导学生设计测量引力常量 G 的实验方案，了解卡文迪什扭称实验的重要性 ；体会卡文
迪什扭秤实验的巧妙之处;
科学态度与责任：
了解万有引力定律的发现史，体会物理规律的简洁性和普适性。
通过牛顿推导万有引力过程体会科学家们基于事实、敢于想象、勇于探索的科学精神。
教学重难点：
重点：1、引导学生经历探究万有引力定律的过程，
2、理解万有引力定律的内容。难点：经历万有引力定律的推导过程。
【教法学法设计】
教法：讲授法、任务驱动法、直观演示法、谈话法
学法：自主学习法、合作学习法、探究学习法
【学习活动设计】
基于以上分析，本节课设计一个大任务：追寻科学发展的足迹，重走“发现”万有引力定
律之旅。三个分任务，每个任务下都设置了相应的学习活动以落实相应的素养目标。下面介绍本节课的重点学习体验和教学。
任务一：探究行星与太阳间的引力活动 1：创设情境，复习引入
观察行星绕日的动画，回顾开普勒行星运动定律的内容，提出问题：是什么原因使行星绕太阳运动 引入新课。学生交流汇报。由于开普勒三定律是基于充分的观察所得的数据基础上得到的，从物理上是充分可信的；该定律描述了行星绕太阳运动的运动学特征；学生容易想到， 基于牛顿运动定律，这种椭圆运动一定是行星受力的原因。
活动 2：通过回顾物理史实追寻物理学家的足迹，感受科学探索的艰辛，并明确本节大任务。
伽利略：一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致天体做圆周运动。
开普勒、吉尔伯特：行星是依靠从太阳发出的磁力运行的，这是早期的引力思想
笛卡尔：“旋涡”假设，宇宙空间存在一种不可见流质“以太”，形成旋涡，带动行星运动。哈雷、胡克：推导出如果行星的轨道是圆形的，它所受的引力大小跟行星到太阳距离的二
次方成反比。
牛顿：建立关于运动和力的清晰的概念、运用运动定律把行星的向心加速度与太阳对它的引力联系起来、结合大胆的想象，解决了“行星为什么绕太阳运动”的问题。
活动 3：探究引力方向和大小
上节课学生已经知道距离太阳越远的行星，其轨道越来越接近圆形轨道，那么建立圆轨道
(
建构模型
)模型应该能得到该力的基本关系式；引导学生建构物理模型，若认为是圆轨道，就能得到行星做匀速圆周运动的结论，太阳对行星的引力提供向心力。
通过以下问题引导，激励学生在已有知识的基础上探究行星与太阳间引力的方向和大小。
[问题链设计]
问题 1：将行星绕太阳的运动看作是匀速圆周运动，太阳与行星间引力的方向是什么？ 问题 2：太阳对行星的引力与哪些因素有关？表达式又是怎样的呢？
问题 3：如何利用已有天文学观测成果（开普勒第三定律）？
通过问题 2 引导学生猜想太阳对行星的引力与哪些因素有关，并进行讨论交流。接着通过
问题 3 引导学生利用牛顿第二定律、圆周运动的知识以及开普勒第三定律从动力学的角度演绎推理太阳对行星引力的关系式。让学生认识到物理学研究中要充分利用已有的研究成果，也就是站在巨人的肩膀上看待问题。
问题 4：太阳对行星有引力作用，那行星对太阳有没有呢？为什么？行星对太阳的引力和什么有关呢？
(
F
=
F
'
)问题 5：结合 你能归纳出什么？
通过问题 4 引导学生大胆假设，教师强调推出该力正比于行星质量后，牛顿做了大胆的猜想，即该力也应该正比于太阳的质量，这不是牛顿第三定律能推出的，也不是行星与太阳地位相同的原因，因为地位不同；只是一种假设；假设是否成立还需实践来检验。
通过以上活动突破了本节重点。
学生表现：1、能建立理想化模型。
2、能完成太阳与行星间引力关系的演绎推导。
任务二：探究引力的统一性
活动 1：进行月-地检验（科学探究）（科学思维）
问题 1：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？
通过问题 1 的讨论并带领学生回顾牛顿的猜想，为了验证这一猜想，牛顿进行了著名的月地检验。
通过阅读教材回答以下问题，学生交流讨论，汇报月地检验思路。
问题 2：月-地检验的目的是什么？
问题 3：月-地检验的验证原理是怎样的？为什么从力的研究转化为比较加速度？ 问题 4：如何进行验证？
通过问题 3 让学生认识到在牛顿时代人们已经能够比较精确地测定地球半径、月地距离和
重力加速度，月球的绕地加速度是可以粗略估算的。
由牛顿第二定律可以将力的研究转化为研究加速度。理论推导得出月球绕日加速度，并与实际测量估算值进行比较。在误差允许范围内是相等的。牛顿的猜想得到了检验学生经历假设， 理论推导，实际测量，误差分析，得出结论的月地检验过程，认识物理学研究问题的方法，突破本节难点。
活动 2：发现万有引力定律（科学探究）（科学思维）（物理观念）
通过类比思考、层层深入，发散思维，启发学生更大胆的猜想一切物体之间是否都存在引力作用，将太阳与行星间的引力推广到一切有质量的物体之间，提出万有引力的概念。
通过以下问题，引导学生自主阅读教材，知道万有引力定律内容及意义。同时要向学生明确定律是否正确还需要经受实践的检验。
[问题链设计]
问题 1：用自己的话总结万有引力定律的内容。
问题 2：根据太阳与行星间引力表达式，写出万有引力表达式。问题 3：表达式中G的单位是怎样的？
问题 4：万有引力定律的得出其意义是什么？
学生表现：
1、能理解月-地检验的原理，知道物理研究问题的方法。
2、能阐明万有引力定律的内容、适用条件及意义。
任务三：了解引力常量 G 的测定及其意义活动 1：设计测量引力常量的方法并交流。
问题 1：测量 G 的原理是什么？需要测量哪些物理量？ 问题 2：各物理量该如何测量？
问题 3：你遇到了怎样的困难？
活动 2：结合教材和课件演示了解卡文迪什扭秤实验原理。
卡文迪什
问题 1：尝试说明卡文迪什在测 G 时精妙在哪里？ 问题 2：引力常量的测定有何实际意义？
通过问题 1 组织学生讨论和分析卡文迪什扭秤实验的精妙之处，学生能体会微小量放大的
思想，感受实验之美。知道引力常量测定的实际意义。
活动 3：演示实验，实践检验
卡文迪什扭秤实验
教师现场演示这个实验的操作过程，首先让学生判断光斑移动方向，其次引导学生观察并解释实验现象，黑板上出现大小两个斑点，大斑点是通过 T 型架上镜子反射的，小斑点是激光通过外壳玻璃反射的，放上铅球，大斑点移动，小斑点不动，说明是铅球间引力的作用。课下可以让学生再定量去测定 G 值。通过亲身体验，证实万有引力定律的科学性，彻底打消学生的疑虑，感悟物理学科的研究方法，培养严谨的科学态度。结合物理学史讲解，学生能够体会引力常量的测定重要实际意义。
学生表现：1、能知道卡文迪什扭秤实验原理及精妙之处。
2、能通过观察实验解释现象。
3、知道引力常量测定的重要实际意义。
【作业与评价设计】作业设计
查阅资料，进一步体会扭秤实验中的放大思想。
思考与讨论“相距 0.5 m 到底是两个篮球的什么部位之间的距离呢？”体会表达式中 r
的含义。
思考万有引力与重力的关系。
评价设计
依据 1.任务链、问题链（口语报告）
依据 2.实验报告
依据 3.课后作业完成情况
依据 4.学习活动记录表（持续性评价）
【教学设计反思】
追求课时目标、教学活动与评价的一致性。能够及时评价，持续性评价，为学生建立成长档案。
本节课让学生经历一个完整的科学探究过程，通过所设计的任务、活动、以及评价等帮助学生积极主动，深度学习，真实学习，在课堂中重视落实物理核心素养。
基于学生发展的教学结构。课时设计紧紧围绕单元设计理念和目标。建立一个整体有序新的内在教学联系，符合大单元设计理念。
附件：学历案、评价证据（口语报告）
——人教版必修二《万有引力与宇宙航行》
第七章第 2 节 万有引力定律（学历案）
班级 姓名：
〖课标要求〗
通过史实，了解万有引力定律的发现过程。知道万有引力定律。认识发现万有引力定律的重要意义。
〖学习目标〗
了解从开普勒定律到万有引力定律建立的过程中，众多物理学家的贡献。
知道万有引力定律的内容、表达式和适用条件。理解万有引力定律发现的意义。
理解月—地检验。
了解引力常量 G 的测定在科学史上的重大意义。
〖评价任务〗
完成任务一（评价目标 1）
完成任务二（评价目标 2、3） 完成任务三（评价目标 4）
任务一：探究行星与太阳间的引力。
复习导入：开普勒行星运动定律
〖建立模型〗根据开普勒第一定律：行星的轨道是 ，太阳处在焦点之上。由于数学
知识的有限，中学阶段我们将椭圆轨道近似为圆形轨道，太阳处在圆形轨道的圆心处。根据开普勒第二定律：行星绕太阳的圆周运动是 圆周运动。
设行星的质量为 m，速度为 v，行星与太阳间的距离为 r。
〖提出问题〗是什么原因使行星绕太阳运动？？？
〖科学猜想〗（历史回顾）：
伽利略、开普勒以及法国在数学家笛卡尔都提出过： 太阳对行星的引力 F 应该与有关。
牛顿时代的科学家胡克、哈雷等甚至推导出如果行星的轨道是圆形的，它所受的引力大小跟行星到太阳距离的 成反比。
在前人研究的基础上得出：“以任何方式改变速度（包括改变速度的方向）都需要力。” 并且进一步研究得出：“使行星沿圆（或椭圆）运动，需要指向圆心（或椭圆焦点）的力。” 于是，牛顿运用他的运动定律把行星的 与 联系起来，解决了“行星为什
么绕太阳运动” 的问题。不仅如此， 牛顿还通过思考与研究阐述了普遍意义下的
定律。
〖理论推演〗
问题 1. 若行星绕太阳的运动可看作是匀速圆周运动，太阳与行星间引力的方向是什么方向？
问题 2. 根据圆周运动的知识，引力大小与什么因素有关？表达式又是怎样的呢？
问题 3.如何利用已有天文学观测成果（开普勒第三定律）？
结论 1： 太阳对行星的引力， 与行星的质量成 ， 与行星和太阳间距离的
次 方 成 ， 方 向 。
问题 4. 太阳对行星有引力作用，那行星对太阳有没有呢？为什么？行星对太阳的的引力和什么有关呢？
结论 2：行星对太阳的的引力，与太阳的质量成 ，与太阳和行星间距离的
次 方 成 ， 方 向 。
问题 5. 根据 F
〖得出结论〗
m 、 F '
r 2
M 和 F = F ' ，你能归纳出什么？
r 2
太阳与行星间引力的大小与 、 成正比，与两者距离的 次方 成 比 ， 方 向 。
〖事实检验 1〗
任务二：探究引力的统一性
大胆猜想：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？
已知事实：已知地球半径的平均值为 R 地=6378.14km，月球与地球之间的距离 r=3.8×108m， 月球公转周期 T=27.3d ≈ 2.36×106 s。重力加速度 g=9.8 m/s2。
检验思路：（阅读教材，汇报检验思路）
结论： 太阳和行星间的引力、地球和月球间的引力、地球对地面物体的重力都是
种（选填“同”、“异”）性质的力！遵从 （选填“一样”、“不一样”）的规律！
〖大胆设想〗
牛顿做了更大胆的设想：会不会任意两个有质量的物体之间都存在这种引力相互作用呢？只不过一般的物体和天体相比质量要小的多得多，所以我们没察觉到而已。于是上述结论被推广到宇宙中一切物体之间。称之为 定律。
内 容：自然界中 都相互吸引，引力的方向 ，引力的大
小 。
表达式：
说 明：式中质量的单位用 ，距离的单位用 ，力的单位用 。G 是比例
系 数 ， 叫 作 ， 适 用 于 。
〖事实检验 2〗
任务三：了解引力常量 G 的测定及其意义
英国物理学家 在实验室里通过扭秤实验测量，比较准确地得出了 G 的数值。通常取 G＝ N·m2/kg2。
（思考与讨论）
查阅资料，体会扭秤实验中的放大思想。
引力常量 G 的数值测定在科学史上有着怎样的重要意义？
作业布置：
查阅资料，进一步体会扭秤实验中的放大思想。
思考与讨论“相距 0.5 m 到底是两个篮球的什么部位之间的距离呢？”体会表达式中 r
的含义。
思考万有引力与重力的关系。
评价证据
万有引力定律
（一）表现性任务
1. 口语报告 万有引力定律。
学生口语报告分析（万有引力定律）
主试：×× 被试：××
实际口语记录 口语报告分析
主试：太阳与行星间引力的推导中主要运用了哪些当时已有知识和规律？ 被试：开普勒定律；牛顿运动定律 主试：太阳与行星间引力表达式是否适用于天体对其表面物体的引力？牛顿是如何验证的？ 被试：月地检验 主试： “月地检验”的基本思路是什么？ 被试：假设地月间引力和地球表面重力是同一重力，则月球绕地运动的向心加速度 约为地球表面重力加速度的 1/3600. 主试： “月地检验”证实结论后，牛顿又有什么新的设想？ 被试：万有引力 主试： “万有引力定律”的内容？表达式？适用范围？ 被试：略。 主试： 有了万有引力定律之后，能否计算出天体间引力大小？ 被试：不行，G 未知，卡文迪什测定了引力常量 主试：万有引力定律能否直接用来计算天体间引力？ 被试：可以，天体间相距很远，可看成质点 主试：引力常量 G 的数值？很大还是很小？ 被试：6.67*10^-11；很小 主试：万有引力定律能否直接用来计算你和同桌之间引力？ 被试：不可以，不能当成质点对待 主试：若要计算你和同桌间万有引力，可以采用什么方法？ 被试：微元法 学生能理解万有引力定律的内容，知道其表达式和适用范围，能表述其物理意义，能结合实际思考物体间万有引力的计算

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