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1、第七章万有引力与航天教材分第七章万有引力与航天教材分析及教法建议析及教法建议淄博七中淄博七中 高一物理组高一物理组 第七章第七章 万有引力与航天万有引力与航天 1 1 行星的运动行星的运动 2 2 太阳与行星间的引力太阳与行星间的引力 3 3 万有引力定律万有引力定律 4 4 万有引力理论的成就万有引力理论的成就 5 5 宇宙航行宇宙航行 6 6 经典力学的局限性经典力学的局限性 一一.课程标准内容课程标准内容1.1.通过有关事实了解万有引力定律的发现过程通过有关事实了解万有引力定律的发现过程. .知道万有引力定知道万有引力定律律. .认识发现万有引力定律的重要意义认识发现万有引力定律的重要意
2、义, ,体会科学定律对人类探体会科学定律对人类探索未知世界的作用索未知世界的作用2.2.会计算人造卫星的环绕速度会计算人造卫星的环绕速度. .知道第二宇宙速度和第三宇宙速知道第二宇宙速度和第三宇宙速度度3.3.初步了解经典时空观和相对论时空观初步了解经典时空观和相对论时空观, ,知道相对论对人类认识知道相对论对人类认识世界的影响世界的影响4.4.初步了解微观世界中的量子化现象初步了解微观世界中的量子化现象, ,知道宏观物体和微观粒子知道宏观物体和微观粒子的能量变化特点的能量变化特点, ,体会量子论的建立深化了人类对于物质世界体会量子论的建立深化了人类对于物质世界的认识的认识5.5.通过实例通过
3、实例, ,了解经典力学的发展历程和伟大成就了解经典力学的发展历程和伟大成就, ,体会经典力学体会经典力学创立的价值与意义创立的价值与意义, ,认识经典力学的使用范围和局限性认识经典力学的使用范围和局限性6.6.体会科学研究方法对人们认识自然的重要作用体会科学研究方法对人们认识自然的重要作用. .举例说明物理举例说明物理学的进展对于自然科学的促进作用学的进展对于自然科学的促进作用. .二二.教材意图分析教材意图分析1. . 本本章章教教材材是是应应用用牛牛顿顿运运动动定定律律对对曲曲线线运运动动的的研研究究。牛牛顿顿运运用用其其运运动动定定律律研研究究天天体体运运动动并并结结合合开开普普勒勒定律
4、建立了万有引力定律。定律建立了万有引力定律。2.2.本章通过介绍人类对行星运动规律的认识过程和本章通过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是对学生进行牛顿建立万有引力定律的过程是对学生进行“过过程与方法程与方法”“”“情感态度与价值观情感态度与价值观”教育的好教材。教育的好教材。3.3.充分展现万有引力定律发现的科学过程，发展学充分展现万有引力定律发现的科学过程，发展学生的科学思维能力生的科学思维能力4. 增进科学与生活、社会的联系。增进科学与生活、社会的联系。5.5.注重科学文化、科学精神、人文精神的熏陶注重科学文化、科学精神、人文精神的熏陶 领领略略前前辈辈科科学学
5、家家不不屈屈不不饶饶的的探探索索精精神神和和一一丝丝不不苟苟的的科科学态度学态度开阔学生的视野，激励对未知的探索开阔学生的视野，激励对未知的探索（黑洞）（黑洞）认识认识科学总是在探索更广泛适用的理论中发展科学总是在探索更广泛适用的理论中发展体会名人名言的哲理体会名人名言的哲理开开开开普普普普勒勒勒勒、牛牛牛牛顿顿顿顿、爱爱爱爱因因因因斯斯斯斯坦坦坦坦、霍霍霍霍金金金金，马克马克马克马克吐温、萧伯纳、梁启超吐温、萧伯纳、梁启超吐温、萧伯纳、梁启超吐温、萧伯纳、梁启超6.6.正确评价经典力学正确评价经典力学，能够让学生知道科学成就总是不，能够让学生知道科学成就总是不断发展的，一个新的科学理论的建立
6、并不意味着原有科断发展的，一个新的科学理论的建立并不意味着原有科学理论的推翻，而是原有科学理论在一定条件下成为新学理论的推翻，而是原有科学理论在一定条件下成为新理论的一部分理论的一部分四、教科书关于发现万有引力定律的线索和思路四、教科书关于发现万有引力定律的线索和思路开普勒行星运动定律为万有引力规律的发现做出了什么贡献？开普勒行星运动定律为万有引力规律的发现做出了什么贡献？根据普勒行星运动第三定律和匀速圆周运动公式，可以推导出：根据普勒行星运动第三定律和匀速圆周运动公式，可以推导出：太阳对行星的引力太阳对行星的引力 。 （ m为行星质量、为行星质量、r为行星运动半径为行星运动半径 ）那么，行星
7、对太阳的引力有什么规律？那么，行星对太阳的引力有什么规律？根据牛顿第三定律可以分析出：。根据牛顿第三定律可以分析出：。 （M为太阳质量）为太阳质量）太阳与行星间的相互引力有什么规律？太阳与行星间的相互引力有什么规律？ 由于以上由于以上F F和的大小是相等的，所以：和的大小是相等的，所以：星体间相互引力规律适用于地球上的物体吗？星体间相互引力规律适用于地球上的物体吗？ 牛顿进行了月地检验：说明天上和地下的物体都遵从以下相同的规律：牛顿进行了月地检验：说明天上和地下的物体都遵从以下相同的规律： ，这就是万有引力定律。公式中的，这就是万有引力定律。公式中的G G为引力常量。为引力常量。引力常量引力常
8、量G G的值等于多少？的值等于多少？卡文迪许在实验室测出了卡文迪许在实验室测出了G G的值，这使得万有引力的定量计算成为可能，我们能据此的值，这使得万有引力的定量计算成为可能，我们能据此计算出星体质量计算出星体质量高考要求万有引力定律：二级要求万有引力定律：二级要求环绕速度：环绕速度： 二级要求二级要求第二宇宙速度和第三宇宙速度：一级要求第二宇宙速度和第三宇宙速度：一级要求经典时空观和相对论时空观：经典时空观和相对论时空观： 一级要求一级要求一般出选择题：例如一般出选择题：例如2011年全国卷年全国卷19.卫星电话信卫星电话信号需要通地球同步卫星传送。如果你与同学在地面号需要通地球同步卫星传送
9、。如果你与同学在地面上用卫星电话通话，则从你发出信号至对方接收到上用卫星电话通话，则从你发出信号至对方接收到信号所需最短时间最接近于（可能用到的数据：月信号所需最短时间最接近于（可能用到的数据：月球绕地球运动的轨道半径约为球绕地球运动的轨道半径约为3.8105m/s）A.0.1s B.25s C.0.5s D.1s三三. 课时分配建议课时分配建议(共共11课时共计四周课时共计四周)1.行星的运动行星的运动1课时2 太阳与行星间的引力太阳与行星间的引力1+1课时3 万有引力定律万有引力定律4 万有引力理论的成就万有引力理论的成就2+1课时5 宇宙航行宇宙航行2+1课时6 经典力学的局限性经典力学
10、的局限性1课时复习评估1课时四、教材分析与教法建议四、教材分析与教法建议 第一节第一节 行星的运动行星的运动 这一节是起始教材对全章起引领性的作用。这一节是起始教材对全章起引领性的作用。为为万有引力定律的学习起铺垫性的作用。万有引力定律的学习起铺垫性的作用。本节结论性的知识较少，但包含着的科学本节结论性的知识较少，但包含着的科学史料十分丰富。史料十分丰富。 教材是从运动学的角度描述天体运动的教材是从运动学的角度描述天体运动的 。教学设计教学设计以问题探究与史料讲解相结合的方式组织以问题探究与史料讲解相结合的方式组织课堂教学课堂教学 。探究地心说与日心说争论的焦点探究地心说与日心说争论的焦点探究
11、开普勒行星运动定律建立的过程。探究开普勒行星运动定律建立的过程。探究椭圆轨道特征探究椭圆轨道特征探究开普勒行星运动定律的物理意义探究开普勒行星运动定律的物理意义第二节第二节 太阳与行星间的引力太阳与行星间的引力本节属于科学过程教育的素材本节属于科学过程教育的素材 ；是探究性比较强的教学内容；是探究性比较强的教学内容；教材教材是从动力学角度来研究是从动力学角度来研究的；的；知识的逻辑结构是一种知识的逻辑结构是一种演绎推理的结构。演绎推理的结构。第三节第三节 万有引力定律万有引力定律这这节节是是对对第第二二节节教教学学内内容容的的进进一一步步外外推推，是是第第四四节节教教材材学学习习的的基基础础，
12、是是本本章章的的重重点点知知识识；内内容容的的教教学学采采用用猜猜想想、假假设设与与验验证证相相结结合合, ,将将演演绎绎推推理理与与归归纳纳相相结结合合; ;使使学学生生体体会会到到物物理理论必须接受实践与实验的检验。理理论必须接受实践与实验的检验。处理方法：处理方法：这两节内容结合起来是一个比较完整的探究过程，这两节内容结合起来是一个比较完整的探究过程，从问题的提出、猜想与假设、演绎与推理、结论得出、检验从问题的提出、猜想与假设、演绎与推理、结论得出、检验论证等，是很好的探究性学习过程，所以我们打算在这里合论证等，是很好的探究性学习过程，所以我们打算在这里合起来上一节课，这样有利于学生形成
13、完整的探究过程，起来上一节课，这样有利于学生形成完整的探究过程，2、探究设计、探究设计(是本章的重要内容是本章的重要内容 )问题的提出问题的提出：是什么原因使行星围绕太阳运动？：是什么原因使行星围绕太阳运动？猜猜想想与与假假设设：太太阳阳对对行行星星的的引引力力 F应应该该与与行行星星到到太太阳阳的的距距离离r有关。有关。 简化模型：简化模型：行星轨道按照行星轨道按照“圆圆”来处理。来处理。 演绎与推理：演绎与推理：根据牛顿第二定律和开普勒定律进行计算根据牛顿第二定律和开普勒定律进行计算 。结结论论的的得得出出：引引力力大大小小跟跟行行星星到到太太阳阳距距离离的的二二次次方方成成反反比比 合合
14、理理外外推推：（猜猜想想）地地球球对对月月球球的的力力，地地球球对对地地面面上上物物体体的力、太阳对行星的力可能出于同一本源的力、太阳对行星的力可能出于同一本源万有引力的检验万有引力的检验：月：月-地检验地检验得出结论得出结论：万有引力定律的得出：万有引力定律的得出万有引力定律最早证据（卡文迪许扭秤实验）万有引力定律最早证据（卡文迪许扭秤实验）第第4 4节节 万有引力理论的成就万有引力理论的成就本节是属于应用性知识的教学内容；本节是属于应用性知识的教学内容；使使万有引力定律在应用中得到进一步检验万有引力定律在应用中得到进一步检验；通通过过教教学学使使学学生生演演绎绎思思维维能能力力得得到到进进
15、一一步步训训练；练；教材的立意是使学生感受用物理理论探索未教材的立意是使学生感受用物理理论探索未知世界的科学魅力，激发探究未知世界兴知世界的科学魅力，激发探究未知世界兴趣。趣。 2、教学设计、教学设计实验室称量地球的质量实验室称量地球的质量计算天体的质量计算天体的质量预见并发现未知行星预见并发现未知行星补充：冥王星为何出局补充：冥王星为何出局设计的核心问题是分析万有引力提供向心力设计的核心问题是分析万有引力提供向心力。第五节第五节 宇宙航行宇宙航行l介绍万有引力的实践性成就，万有引力理论介绍万有引力的实践性成就，万有引力理论使人类实现使人类实现“飞天飞天”梦想；梦想；l本节是航天部分的重要知识
16、；本节是航天部分的重要知识；l三个宇宙速度重点理解第一宇宙速度；三个宇宙速度重点理解第一宇宙速度；l通通过过我我国国航航天天事事业业的的发发展展介介绍绍激激发发学学生生科科学学献身精神；献身精神； 同时又拓展了学生科普知识。同时又拓展了学生科普知识。2、教学设计、教学设计（1 1）宇宙速度：引导学生推导第一宇宙速度，知道第二）宇宙速度：引导学生推导第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度物理意义，区别环绕速度与发宇宙速度和第三宇宙速度物理意义，区别环绕速度与发射速度；射速度；（2 2）在在“梦梦想想成成真真” 栏栏目目里里，简简述述人人类类航航天天事事业业的的发发展展史；史；（3 3）在）
17、在“科学漫步科学漫步”栏目里，介绍黑洞概念栏目里，介绍黑洞概念 ；（4 4）在在“STSSTS”栏栏目目里里，着着重重于于展展示示航航天天事事业业与与人人类类生生活活的关系。的关系。（5 5）各种航天器的介）各种航天器的介绍绍，补充有关补充有关“地球同步卫星地球同步卫星”的的定量计算和分析了解太阳同步极地轨道气象卫星等定量计算和分析了解太阳同步极地轨道气象卫星等。 第六节第六节 经典力学的局限性经典力学的局限性本节是全章的终结性教材，属于介绍本节是全章的终结性教材，属于介绍性质的教材；目的使学生正确认识物性质的教材；目的使学生正确认识物理学理论的发展与适用范围；引领学理学理论的发展与适用范围；
18、引领学生思考科学的价值观生思考科学的价值观;教材的立意是教材的立意是使学生了解近代物理知识使学生了解近代物理知识2、教学设计、教学设计设计的思路按照物理学理论在三个领域的发展过程进行。设计的思路按照物理学理论在三个领域的发展过程进行。（1 1）从低速到高速的讨论中，介绍爱因斯坦的狭义相对）从低速到高速的讨论中，介绍爱因斯坦的狭义相对论知识；论知识；（2 2）在在“科科学学漫漫步步” ” 栏栏目目里里，介介绍绍时时间间、空空间间都都与与运运动状态有关；动状态有关；（3 3）在在宏宏观观与与微微观观的的介介绍绍中中，使使学学生生知知道道量量子子力力学学能能够够正确地描述微观粒子运动规律；正确地描述微观粒子运动规律；（4 4）在在“弱弱引引力力到到强强引引力力” ” 栏栏目目中中，引引导导学学生生了了解解爱爱因斯坦广义相对论；因斯坦广义相对论；（5 5）补充：简单介绍）补充：简单介绍“宇宙大爆炸宇宙大爆炸”模型建立，宇宙微模型建立，宇宙微波背景与波背景与20062006年诺贝尔物理学奖；年诺贝尔物理学奖；（6 6）在）在“科学足迹科学足迹” ” 栏目里，引导学生领悟牛顿的科栏目里，引导学生领悟牛顿的科学精神、科学思想、科学思维方法。学精神、科学思想、科学思维方法。
