《万有引力大单元教学》课件.ppt

1、第六章 万有引力与航天大单元教学设计一、本章教材概述：一、本章教材概述：（1 1）从知识结构上看，本章教材是应用牛顿运动定律和）从知识结构上看，本章教材是应用牛顿运动定律和曲线运动的知识研究天体运动。牛顿运动定律和万有引力定律曲线运动的知识研究天体运动。牛顿运动定律和万有引力定律构成了牛顿力学的核心内容。构成了牛顿力学的核心内容。本章前三节内容充分展现了万有引力定律发现的科学过程，本章前三节内容充分展现了万有引力定律发现的科学过程，也向我们展现了前辈科学家富有创造而又严谨的科学思维。教也向我们展现了前辈科学家富有创造而又严谨的科学思维。教学中可以充分利用这些材料进行学中可以充分利用这些材料进行

2、物理学史及物理研究方法教育，物理学史及物理研究方法教育，培养学生的科学素养进而培养学生的科学素养进而发展学生的科学思维能力。发展学生的科学思维能力。“万有引力定律的成就万有引力定律的成就”和和“宇宙航行宇宙航行”向我们展示了科学向我们展示了科学带给我们的成就；揭示了科学跟生活、社会的联系是非常紧密带给我们的成就；揭示了科学跟生活、社会的联系是非常紧密的，航天正在改变着我们的日常生活。的，航天正在改变着我们的日常生活。“经典力学的局限性经典力学的局限性”对经典力学适用性进行了总结。对经典力学适用性进行了总结。万有引力与航天大单元教学设计（2 2）从物理方法的角度来看，本章的教学内容渗透从物理方法

3、的角度来看，本章的教学内容渗透了科学探究的思想和方法，理想化模型的建立，从了科学探究的思想和方法，理想化模型的建立，从特殊经过推理、猜想推广到一般（即统一的思想）特殊经过推理、猜想推广到一般（即统一的思想）等等.万有引力与航天大单元教学设计二、指向核心素养的教学目标研制*核心素养描述的是学生在接受相应学段的教育过程中，逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。用物理的语言来表述，它是一个状态量。教学目标通常是指课堂通过教学活动预期达到的结果(学生心理与行为的变化)，它是一个过程量。万有引力与航天大单元教学设计“万有引力与航天”的教学目标1.物理知识（客观性）(1)人类对行星

4、运动规律的认识历程（地心说、日心说）(2)行星运动规律：开普勒三大定律及万有引力定律 (3)人造卫星运动规律。(4)三大宇宙速度（对地心的发射速度）【学习目标1】发展完整的运动观念和相互作用观念 通过理解行星运动规律（开普勒三大定律及万有引力定律），逐步完善物质运动观和相互作用观。(5)解决天体圆周运动问题的一般步骤（解决问题）确定对象并对其进行受力分析;选择合理表达式表示万有引力;选择合理表达式表示向心力;利用F引=F向(或F合=F向)建立方程并求解;对解题结果的合理性进行分析。二、指向核心素养的教学目标研制万有引力与航天大单元教学设计2.科学思维 (1)行星圆周运动模型。（模型建构）(2)

5、人造卫星运动模型。（模型建构）(3)月地检验。（科学论证）(4)计算中心天体质量的方法由 mg=GMm/R2，得M=gR2/G；由GMm/r2=m42r/T2得M=m42r3/GT2。（科学推理）(5)宇宙速度是将火箭发射过程等效为以某一水平初速抛出时的初速度。（模型建构）二、指向核心素养的教学目标研制万有引力与航天大单元教学设计3.科学探究 (1)人类探索行星运动规律的历史是科学探究的一座里程碑。科学家们从最基本的观念开始，凭借对现象的观测，模型的构建，模型与事实之间的相互作用，不断修正原有的观念和模型，逐步接近真实，获得物理规律。（2）卡文迪许扭秤实验。（设计并进行实验）(3)从太阳与行星

6、间相互作用的角度来看，太阳吸引行星，行星也吸引太阳，两者的地位是相同的，也就是说两者应遵循相同的规律。这并不是推理论证，而是牛顿依据对称性所做的大胆假设。【学习目标2】发展科学思维和科学探究能力 通过人类探索行星运动规律的历程，体会科学思维中的模型建构、推理论证、质疑创新假设、等效等方法；通过卡文迪许扭秤实验、月地检验发展探究能力。万有引力与航天大单元教学设计4.科学态度与责任 （1）知道开普勒行星运动定律科学价值；（2）体会科学家们实事求是、尊重客观事实、不迷信权威、敢于坚持真理和勇于探索的科学态度和科学精神；（3）体会对自然界和谐的追求是科学研究的动力之一（社会责任）；(4)对人类没有认识

7、的世界，不能固守原来的观念和理论，唯有在尊重事实的基础上建构理论，才能解释与预测世界。(5)新的理论并不能否认具有实验基础的原有理论，原有理论应是新理论在一定条件下的特殊情形。【学习目标3】发展对科学本质的认识和社会责任 通过认识开普勒行星运动定律科学价值、体会科学家们勇于探索的科学态度和科学精神发展对科学本质的认识。二、指向核心素养的教学目标研制万有引力与航天大单元教学设计本章知识结构经典力学的局限性万有引力与航天人类对行星规律的认识“地心说“和”日心说”开普勒行星运动定律轨道定律面积定律周期定律万有引力定律推理、发现过程内容、公式、意义引力常数G的测定及意义万有引力的成就称量地球质量计算中

8、心天体质量发现未知天体宇宙航行宇宙速度人造卫星地球同步卫星宇宙航行的成就2222()mavmrmw rmrT2GMmr宏观物体、弱引力场、低速运动三、本章知识结构四、课时安排建议第一单元第1节：学习开普勒关于行星运动描述;第二单元第2-3节：学习万有引力定律；第三单元第4-6节：学习万有引力定律在天体运动中的应用.补充介绍我国载人航天工程(“神舟”飞船)和各种发射卫星;介绍人类对宇宙的研究人爆炸理论、黑洞等概念第1节 行星的运动 1.1 教材分析 本节是从运动学的角度描述天体运动的。在人类对行星运动规律的认识历程中蕴含着丰富的科学思想和科学方法的教育资源，是培养科学态度和情感的良好素材。（1）

9、了解人类对行星运动规律的认识历程；了解“地心说”和“日心说”两种不同学说的建立和发展过程。（2）了解观察的方法在认识行星运动规律中的作用。（3）知道开普勒行星运动定律及科学价值，了解开普勒第三定律中的k值的大小只与中心天体有关。（4）体会科学家因喜爱而执着追求（求真求简）的精神。教学目标 教材分析与教学建议以问题探究与史料讲解相结合的方式组织课堂教学。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。探究椭圆轨道特征探究开普勒行星运动定律的物理意义1.2 设计思路教材分析与教学建议 第1节 行星的运动 1.3 有效教学策略策略1:提供充

10、分史实，给予更深刻的感知教材分析与教学建议 第1节 行星的运动 策略2:设计探究实验，关注学生体验*策略3:完善逻辑挑战，显化学习的思想内涵策略4:设计触及心底的问题，感受开一简约美和逻辑美*策略5:关注数理渗透，探究开三的表达式第2节 太阳与行星间的引力1.教材分析 本节处于行星运动规律和万有引力定律两节内容之间，突出“追寻牛顿的足迹”，是探究性比较强的教学内容。教材设置这节教学内容符合建立万有引力定律的时间顺序和人们进行科学探索时从个别到一般的演绎推理逻辑顺序，对于培养学生的探究精神与掌握一种科学探究方法很有好处。教材分析与教学建议 第1节 行星的运动 1、知道行星绕太阳运动的原因，知道太

11、阳与行星间存在着引力作用。2、知道行星绕太阳做匀速圆周运动向心力来源；3、知道太阳与行星间引力的方向和表达式，知道牛顿定律在推导太阳与行星间引力时的作用，4、领会将不易测量的物理量转化为易测量物理量的方法。教学目标：教材分析与教学建议 第2节 太阳与行星间的引力 教材是从动力学角度利用已知的运动规律来进行理论探究的。科研团队（伽利略、开普勒、笛卡尔、胡克、哈雷、牛顿等）利用主要的已知运动规律有：牛二定律F=mv2/r、牛三定律(F=F/)、圆周运动定律(v=2r/T)和开三定律(r3/T2=k)得出了太阳与行星间的引力规律为F=GMm/r2。2.设计思路对太阳与行星间力的研究也可以采用实验探究

12、。教材分析与教学建议 第2节 太阳与行星间的引力教学策略1：构建一个“类行星运动模型”台阶探究引力3.有效教学策略教材分析与教学建议 第2节 太阳与行星间的引力教学策略2：追寻行星运动原因的认识脉络 重温万有引力的发现历程*1、了解万有引力定律得出的思路和过程，知道重物下落和天体运动的统一性。2、理解万有引力定律的含义并会用万有引力定律公式解决简单的引力计算问题。3、知道万有引力定律公式的适用范围。4、理解万有引力常量的意义及测定方法。教学目标：教材分析与教学建议 第三节 万有引力定律引力的猜想引力的检验 定律的得出定律的检验2.设计思路教材分析与教学建议 第三节 万有引力定律第四节第四节 万

13、有引力理论的成就万有引力理论的成就 本节是属于知识创新应用，使万有引力定律在应用中得本节是属于知识创新应用，使万有引力定律在应用中得到进一步检验；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；通过教学使学生演绎思维能力得到进一步训练；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趣学魅力，激发探究未知世界兴趣,培养热爱科学的情感。培养热爱科学的情感。马克马克吐温说吐温说“科学真是科学真是迷人。根据零星的事实，迷人。根据零星的事实，添加一点猜想，竟能赢得添加一点猜想，竟能赢得那么多收获那么多收获”物理学家（诺贝

14、尔获得者）冯物理学家（诺贝尔获得者）冯劳厄说劳厄说“没有任何东西像牛顿引力理论对行星没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道的计算那样，如此有力地树立起人轨道的计算那样，如此有力地树立起人们对年轻物理学的尊敬。从此以后，这们对年轻物理学的尊敬。从此以后，这门自然科学成了巨大的精神王国门自然科学成了巨大的精神王国1.教材分析增强学科兴趣，激发探索欲望教材分析与教学建议教学目标：(1)了解万有引力定律在天文学上的重要应用.(2)会用万有引力定律计算天体的质量，了解“称量地球质量”、“计算太阳质量”的基本思路，培养学生归纳总结建立模型的能力与方法.(3)体会万有引力定律的科学成就，让学生懂得理论来源于实

15、践，反过来又可以指导实践的辩证唯物主义观点.教材分析与教学建议第四节 万有引力理论的成就2.2.设计思路设计思路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：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。教材分析与教学建议 第四节 万有引力理论的成就3.有效教学策略教学案例1：称量地球的质量(计算天体的质量)教材分析与教学建议 第四节 万有引力理论的成就教学案例2：计算天体密度教学案例3：行星摄动的确认地球形状的判明牛顿的“地球扁平形状”预言发现未知天体哈雷彗星的回归预言引入摄动理论发现未知天体海王星的发现历程引入摄动理论发现未知天体冥王星的发现历程 导入：为什么科学家对天

16、体有那么强烈的探索欲望，那是因为宇宙充满了神秘感，并且很美!介绍原来的九大行星、后来的八大行星，以及现在科学家又发现第九大行星的历史。3.有效教学策略：还原过程式教学教材分析与教学建议 第三节 万有引力定律 第一，对于高一学生，不能清晰地建立起万有引力提供向心力的物理图景，甚至不能准确判定中心天体，环绕天体，轨道半径以及各物理量的含义等等。第二，每年高考的重要考点：不仅限于第一、第二、第三宇宙速度，还考查卫星v、T随r的变化关系，及卫星运行的最大v、及最小T等等，这部分内容教材没有涉及。1.教材分析本节教材编写主要存在如下问题：第五节 宇宙航行 第三，每年高考考查的重点内容：卫星绕地球运行的轨

17、道特点、同步轨道静止卫星的特点，教材均没有明确提出，从而导致学生对人造地球卫星缺乏真正理解。教材分析与教学建议宇宙速度部分涉及规律：万有引力定律及圆周运动规律。本节内容为万有引力定律的应用，分为两个部分:宇宙速度和梦想成真.梦想成真部分是进行情感教育很好的素材.通过展示人类在宇宙航行领域中的伟大成就，激发学生学习的热情。物理方法：科学想象，培养学生查找和整合信息的能力.因要进行内容补充及课堂展示小组成果，计划两课时完成.1.教材分析教材分析与教学建议 第五节 宇宙航行教学目标教学目标 1.1.引导学生推导第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第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

18、物理意义，区别环绕速度与发射速度；三宇宙速度物理意义，区别环绕速度与发射速度；2.2.“梦想成真梦想成真”：简述人类航天事业的发展史；：简述人类航天事业的发展史；3.3.“科学漫步科学漫步”：介绍黑洞概念：介绍黑洞概念 ；4.4.“STS”STS”：着重于展示航天事业与人类生活的关系。：着重于展示航天事业与人类生活的关系。5.5.补充补充“地球同步卫星地球同步卫星”的定量计算和分析。了解太阳的定量计算和分析。了解太阳同步极地轨道气象卫星等。同步极地轨道气象卫星等。教材分析与教学建议 第五节 宇宙航行人造卫星宇宙速度科普（黑洞、火箭）2.设计思路教材分析与教学建议 第五节 宇宙航行3.有效教学策

19、略 (宇宙速度部分)教学案例1：直观建立人造地球卫星的运动模型图教材分析与教学建议 第五节 宇宙航行教学案例2：卫星线速度、角速度、周期随轨道半径的变化关系如何实现全球通信？地球同步轨道静止卫星教学案例3：宇宙速度依托问题情景策略教学案例4：卫星变轨、追击对接、超失重问题（人类梦想成真部分）人类飞天梦想介绍人类在宇宙航行方面取得成就3.有效教学策略 (宇宙速度部分)教学案例1：直观建立人造地球卫星的运动模型图建立卫星平面模型图假设法判断卫星运行轨道特点演绎推理法v、T 随r变化关系假设法和演绎推理法地球同步轨道静止卫星特点建立卫星立体模型图教材分析与教学建议 第五节 宇宙航行第六节第六节 经典

20、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1.教材分析 教材分析与教学建议1经典力学的适用范围和局限性了解经典力学在人类认识自然的过程中所起的重大作用。了解经典力学的适用范围和局限性。2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世界的影响。知道从低速到高速的情况下物体质量的变化。3量子论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。4物理学的进展对于自然科学的促进作

21、用经历物理理论不断突破的过程,体会科学研究方法对人们认识自然的重要作用。领悟经典物理并不是终极理论,感受现代物理学的迷人魅力教学目标按照物理学理论在三个领域的发展过程进行。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，介绍爱因斯坦狭义相对论知识）从低速到高速的讨论中，介绍爱因斯坦狭义相对论知识（2 2）在科学漫步栏目，介绍时间、空间都与运动状态有关；）在科学漫步栏目，介绍时间、空间都与运动状态有关；（3 3）在宏观与微观的介绍中，使学生知道量子力学能够正确）在宏观与微观的介绍中，使学生知道量子力学能够正确地描述微观粒子运动规律；地描述微观粒子运动规律；2.设计思路 经

22、典力学的成就后牛顿时代从低速到高速从弱引到强引从宏观到微观（4）在“弱引力到强引力”介绍中，引导学生了解爱因斯坦广义相对论；（5）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；（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。教材分析与教学建议 第六节 经典力学的局限性3.有效教学策略教学案例:(1)经典力学的发展历程 教材分析与教学建议 第六节 经典力学的局限性(2)牛顿时代经典力学的巨大成就经典力学的伟大意义经典力学的局限经典力学的局限(3)后牛顿时代从低速到高速相对论从弱引到强引相对论 从宏观到微观量子力学35l 作业与检测课堂形成

23、性测评课堂形成性测评课前测、课堂提问、例题跟踪检测课前测、课堂提问、例题跟踪检测及时了解学生掌握情况，检测教学目标是否达成，找到课堂生成问题并及时解决，提及时了解学生掌握情况，检测教学目标是否达成，找到课堂生成问题并及时解决，提高课堂教学的有效性。高课堂教学的有效性。过程性评价过程性评价作业作业针对性作业题作为课堂教学的延伸，运用所学知识或方法解决问题，增加学生的探究针对性作业题作为课堂教学的延伸，运用所学知识或方法解决问题，增加学生的探究体验，进一步巩固所学知识，完善知识体系。体验，进一步巩固所学知识，完善知识体系。结果性评价结果性评价章节测试章节测试通过单元检测，来判定学生本单元全面的学习情况，有针对性进行查缺补漏。通过单元检测，来判定学生本单元全面的学习情况，有针对性进行查缺补漏。