万有引力与航天教材分析及教法建议

第七章万有引力与航天教材分 析及教法建议淄博七中 高一物理组

第七章 1 2 3 4 5 6 行星的运动

万有引力与航天

太阳与行星间的引力 万有引力定律 万有引力理论的成就 宇宙航行 经典力学的局限性

一.课程标准内容 课程标准内容1.通过有关事实了解万有引力定律的发现过程. 1.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 通过有关事实了解万有引力定律的发现过程 认识发现万有引力定律的重要意义, 律.认识发现万有引力定律的重要意义,体会科学定律对人类 探索未知世界的作用 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. 2.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 度 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, 3.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 世界的影响 4.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 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 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 的认识 5.通过实例 了解经典力学的发展历程和伟大成就, 通过实例, 5.通过实例,了解经典力学的发展历程和伟大成就,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 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. 6.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 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.教材意图分析1. 本章教材是应用牛顿运动定律对曲线运动的研 . 究 。 牛顿运用其运动定律研究天体运动并结合开 普勒定律建立了万有引力定律。 普勒定律建立了万有引力定律。 2.本章通过介绍人类对行星运动规律的认识过程和 2.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 程与方法”“情感态度与价值观”教育的好教材。 ”“情感态度与价值观 程与方法”“情感态度与价值观”教育的好教材。 3.充分展现万有引力定律发现的科学过程 充分展现万有引力定律发现的科学过程， 3.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 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.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、● 领略前辈科学家不屈不饶的探索精神和一丝不苟的

科学态度 开阔学生的视野，激励对未知的探索(黑洞) ●开阔学生的视野，激励对未知的探索(黑洞) 认识科学总是在探索更广泛适用的理论中发展 ●认识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 开普勒、 牛顿、 爱因斯坦、 霍金， 开普勒 、 牛顿 、 爱因斯坦 、 霍金 ， 马克·吐温、萧伯纳、 马克·吐温、萧伯纳、梁启超 6.正确评价经典力学， 6.正确评价经典力学，能够让学生知道科学成就总是 正确评价经典力学 不断发展的， 不断发展的，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， 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： 为行星质量、 太阳对行星的引力 。 F ∝ m ( m为行星质量、r为行星运动半径 ) 为行星质量 为行星运动半径r2

那么，行星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 F 为太阳质量) (M为太阳质量) 为太阳质量r2

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F和的大小是相等的，所以： 由于以上F和的大小是相等的，所以： F ∝ mM 2r

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： mM ,这就是万有引力定律。公式中的G为引力常量。 这就是万有引力定律。公式中的G为引力常量。 F= Gr2

引力常量G的值等于多少？ 引力常量G的值等于多少？卡文迪许在实验室测出了G的值，这使得万有引力的定量计算成为可能， 卡文迪许在实验室测出了G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

高考要求万有引力定律： 万有引力定律：二级要求 环绕速度： 环绕速度： 二级要求 第二宇宙速度和第三宇宙速度： 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 一般出选择题：例如2011年全国卷 卫星电话信 年全国卷19.卫星电话信 一般

出选择题：例如 年全国卷 号需要通地球同步卫星传送。 号需要通地球同步卫星传送。如果你与同学在地 面上用卫星电话通话， 面上用卫星电话通话，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( 收到信号所需最短时间最接近于(可能用到的数 月球绕地球运动的轨道半径约为3.8× 据：月球绕地球运动的轨道半径约为 ×105m/s) ) A.0.1s B..25s C.0.5s D.1s

课时分配建议(共 课时共计四周 课时共计四周) 三. 课时分配建议 共11课时共计四周1.行星的运动 行星的运动 2 太阳与行星间的引力 3 万有引力定律 4 万有引力理论的成就 5 宇宙航行 6 经典力学的局限性 复习评估

1课时 1+1课时 2+1课时 2+1课时 1课时 1课时

四、教材分析与教法建议 第一节 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。 万有引力定律的学习起铺垫性的作用。 为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， 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 。

教学设计 以问题探究与史料讲解相结合的方式组织 课堂教学 。探究地心说与日心说争论的焦点

探究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

探究开普勒行星运动定律的物理意义

第二节 太阳与行星间的引力 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； 教材是从动力学角度来研究的； 教材是从动力学角度来研究的； 知识的逻辑结构是一种演绎推理的结构。 知识的逻辑结构是一种演绎推理的结构。 第三节 万有引力定律 这节是对第二节教学内容的进一步外推， 这节是对第二节教学内容的进一步外推，是第四节教材学习 的基础，是本章的重点知识；内容的教学采用猜想、 的基础，是本章的重点知识；内容的教学采用猜想、假设 与验证相结合,将演绎推理与归纳相结合; 与验证相结合,将演绎推理与归纳相结合;使学生体会到物 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：这两节内容结合起来是一个比较完整的探究过程， 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， 从问题的提出、猜想与假设、演绎与推理、结论得出、 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， 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(是本章的重要内容 ) 、探究设计 是本章的重要内容 问题的提出：是什么原因使行星围绕太阳运动？ 问题的提出：是什么原因使行星围绕太阳运动？ 猜想与假设：太阳对行星的引力 F应该与行星到太阳的距 猜想与假设： 应该与行星到太阳的距 有关。 离r有关。 有关 简化模型：行星轨道按照“圆”来处理。 简化模型：行星轨道按照“ 来处理。 演绎与推理：根据牛顿第二定律和开普勒定律进行计算 。 演绎与推理： 结论的得出 ： 引力大小跟行星到太阳距离的二次方成反 结论的得出： 比…… 合理外推：(猜想)地球对月球的力，地球对地面上物体 合理外推： 猜想)地球对月球的力， 的力、 的力、太阳对行星的力可能出于同一本源 万有引力的检验：月-地检验 万有引力的检验： 地检验 得出结论：万有引力定律的得出 得出结论： 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4节 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； 万有引力定律在应用中得到进一步检验； 使 万有引力定律在应用中得到进一步检验 ； 通过教学使学生演绎思维能力得到进一步 训练； 训练； 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， 未知世界的科学魅力，激发探究未知世界 兴趣。 兴趣。

2、教学设计 、设计的核心问题是分析万有引力提供向心力。.

实验室称量地球的质量 计算天体的质量 预见并发现未知行星 补充： 补充：冥王星为何出局

第五节 宇宙航行介绍万有引力的实践性成就， 介绍万有引力的实践性成就，万有引力理论 使人类实现“飞天”梦想； 使人类实现“飞天”梦想； 本节是航天部分的重要知识； 本节是航天部分的重要知识； 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； 通过我国航天事业的发展介绍激发学生科学 献身精神； 同时又拓展了学生科普知识。 献身精神； 同时又拓展了学生科普知识。

2、教学设计 、(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， 宇宙速度和第三宇宙速度物理意义， 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； 梦想成真” 栏目里， (2)在“梦想成真” 栏目里，简述人类航天事业的发展 史； 科学漫步”栏目里， (3)在“科学漫步”栏目里

,介绍黑洞概念 ； STS”栏目里 栏目里， ( 4 ) 在 “ STS 栏目里 ， 着重于展示航天事业与人类生活 的关系。 的关系。 各种航天器的介绍，补充有关“地球同步卫星” (5)各种航天器的介绍，补充有关“地球同步卫星”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 经典力学的局限性本节是全章的终结性教材， 本节是全章的终结性教材，属于介 绍性质的教材； 绍性质的教材；目的使学生正确认 识物理学理论的发展与适用范围； 识物理学理论的发展与适用范围； 引领学生思考科学的价值观;教材的 引领学生思考科学的价值观 教材的 立意是使学生了解近代物理知识

2、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。 从低速到高速的讨论中， (1)从低速到高速的讨论中，介绍爱因斯坦的狭义相 对论知识； 对论知识； 科学漫步” 栏目里，介绍时间、 (2)在“科学漫步” 栏目里，介绍时间、空间都与运 动状态有关； 动状态有关； ( 3 ) 在宏观与微观的介绍中， 使学生知道量子力学能 在宏观与微观的介绍中 ， 够正确地描述微观粒子运动规律； 够正确地描述微观粒子运动规律； 弱引力到强引力” 栏目中， (4)在“弱引力到强引力” 栏目中，引导学生了解爱 因斯坦广义相对论； 因斯坦广义相对论； 补充：简单介绍“宇宙大爆炸”模型建立， (5)补充：简单介绍“宇宙大爆炸”模型建立，宇宙 微波背景与2006年诺贝尔物理学奖； 2006年诺贝尔物理学奖 微波背景与2006年诺贝尔物理学奖； 科学足迹” 栏目里， (6)在“科学足迹” 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。

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