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义,体会
2、科学定律对人类体会科学定律对人类探索未知世界的作用探索未知世界的作用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.通过实例通过实例,了解经典力学的发展历程
3、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.本章教材是应用牛顿运动定律对曲线运动的研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。2.2.
4、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 领略前辈科学家不屈不饶的探索精神和一丝不苟的领略前辈科学家不屈不饶的探索精神和
5、一丝不苟的科学态度科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，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并不意味着原不断发展的，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，而是原有科学理论在一定条件下有科学理论的推翻，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四、教科书关于发现万
6、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）2rmF 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为太阳质量）为太阳质量）2rMF 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
7、 F和的大小是相等的，所以：和的大小是相等的，所以：2rmMF 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。2rmMGF引力常量引力常量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
8、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，则从你发出信号至对方接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（可能用到的数收到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
9、径约为据：月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
10、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
11、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节是对第二节教学内容的进一步外推，是第四节教材学习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、假设的基础，是本章的重点知识；内容的教学采用猜想、假设与验证相结合与验证相结合,将演绎推理与归纳相结合将演绎推理与归纳相结合;使学生体会到物使学生体会到物理理论必须接受实践与实验的
12、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？猜想与假
13、设：猜想与假设：太阳对行星的引力太阳对行星的引力 F应该与行星到太阳的距应该与行星到太阳的距离离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。结论的得出结论的得出：引力大小跟行星到太阳距离的二次方成反：引力大小跟行星到太阳距离的二次方成反比比 合理外推：（合理外推：（猜想）地球对月球的力，地球对地面上物体猜想）地球对月球的力，地球对地面上物体的力、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
14、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；通过教学使学生演绎思维能力得到进一步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、教学设计实验室
15、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；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通过我国航天事业的发展介绍激发学生科学通过我国航天事业的发展介绍激发学生科学献身精神；献身精神；同时又拓展
16、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“梦想成真梦想成真”栏目里，简述人类航天事业的发展栏目里，简述人类航天事业的发展史；史；（3 3）在）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”栏目里，着重于展示航天事业与人类生活栏目里，着重于展示航天事业与人类生活的关系。的关系。（5 5）各种航天器
17、的介绍，）各种航天器的介绍，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引领学生思考科学的价值观;教材的教材的立意是使学生了解近代物理知识立意是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
18、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）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；（2 2）在）在“科学漫步科学漫步”栏目里，介绍时间、空间都与运栏目里，介绍时间、空间都与运动状态有关；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）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；够正确地描述微观粒子运动规律；（4 4）在）在“弱引力到强引力弱引力到强引力”栏目中，引导学生了解爱栏目中，引导学生了解爱因斯坦广义相对论；因斯坦广义相对论；（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，宇宙模型建立，宇宙微波背景与微波背景与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。
