1、让“核心素养”在课堂教学中落地生根万有引力与航天教法探索南京市中华中学高一物理备课组郭 颖 随着一部开年大片随着一部开年大片流浪地球流浪地球火爆上映，火爆上映，票房已票房已过过4040亿。影片展现的家国情怀、精神亿。影片展现的家国情怀、精神境界和它诠释的价值观不正是小小的人类个境界和它诠释的价值观不正是小小的人类个体所需要的科学素养吗？该片引发人们去思体所需要的科学素养吗？该片引发人们去思考：渺小的人类个体与宏大的宇宙之间的关考：渺小的人类个体与宏大的宇宙之间的关系。连以前不关注科技信息的普通老百姓也系。连以前不关注科技信息的普通老百姓也会问起：月球上的玉兔号现在怎么样？会问起：月球上的玉兔号
2、现在怎么样？时代背景时代背景 现实现实中，我国的航天事业，尤其是探月工程中，我国的航天事业，尤其是探月工程正有条不紊地开展着。嫦娥四号首次实现航天器正有条不紊地开展着。嫦娥四号首次实现航天器在月球背面软着陆和巡视勘察，首次实现了月球在月球背面软着陆和巡视勘察，首次实现了月球背面同地球的中继通信背面同地球的中继通信。嫦娥四嫦娥四号任务引入了国号任务引入了国外多项合作项目，且顺利实施。这些国际合作载外多项合作项目，且顺利实施。这些国际合作载荷将向全世界科学家开放数据，坚持共商共建共荷将向全世界科学家开放数据，坚持共商共建共享。这么好的时代背景和科研环境必将激励着年享。这么好的时代背景和科研环境必将
3、激励着年轻一代砥砺前行。轻一代砥砺前行。抬头务虚，低头务实。抬头务虚，低头务实。作为一线教师，要提升学生的物理学科核心素养，作为一线教师，要提升学生的物理学科核心素养，让让“核心素养核心素养”在课堂上在课堂上落地生根，落地生根，我们该怎么做？我们该怎么做？一、学习一、学习2017版新课程标准版新课程标准 二、研究二、研究2010版老教材版老教材三三、关注、关注2018级新级新高考高考四、四、探索合适的新探索合适的新教法教法一、学习一、学习2017版新版新课程标准课程标准 高中物理核心素养高中物理核心素养 物理物理 科学科学 科学科学 科学态度科学态度 观念观念 思维思维 探究探究 与责任与责任
4、 物质观物质观 模模 科科 科科 质质 问问 证证 解解 交交 科科 科科 社社运动与相互作用观运动与相互作用观 型型 学学 学学 疑疑 题题 据据 释释 流流 学学 学学 会会 能量观能量观 建建 推推 论论 创创 本本 态态 责责 形形 解解 构构 理理 证证 新新 质质 度度 任任 成成成成 决决 观观 问问 念念 题题 省级新课标培训省级新课标培训 连云港市东海县教育局教研室连云港市东海县教育局教研室 陈陈亮亮辉辉味道味道课堂课堂 1 1通过通过史实史实，了解万有引力定律的发现过程。知道万有引力，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。定律。认识发
5、现万有引力定律的重要意义。认识认识科学定律对人科学定律对人类探索未知世界的作用。类探索未知世界的作用。2 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。宙速度。3 3知道知道牛顿力学的局限性，体会人类对自然界的探索是不断牛顿力学的局限性，体会人类对自然界的探索是不断深入的。深入的。4 4初步初步了解相对论时空观。了解相对论时空观。5 5关注宇宙起源和演化的研究进展。关注宇宙起源和演化的研究进展。20172017版课程标准对本章的内容要求版课程标准对本章的内容要求二、研究二、研究2010版老教材版老教材 万有引力与航天一章内容：1.
6、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课时3 万有引力定律万有引力定律1课时4 万有引力理论的成就万有引力理论的成就1课时+1课时5 宇宙航行宇宙航行1课时+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+1课时1.行星的运动行星的运动2 太阳与行星间的引力太阳与行星间的引力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5 宇宙航行宇宙航行6 经典力学的局限性经典力学的局限性本章本章“非主流课程非主流课程”占比最大！占比最大！三、研究三、研究2018级新高考级新高考2018级新高考级新高考“3+1+2”模式终于尘埃落定了！模式
7、终于尘埃落定了！从高考视角谈高中物理教学中从高考视角谈高中物理教学中 提升学科核心提升学科核心素养的思考素养的思考黄黄恕恕伯伯 省级培训省级培训高考高考命题的趋势是重视考查学生的素养命题的趋势是重视考查学生的素养，它它和新和新课程标准课程标准的目标是吻合的。的目标是吻合的。也就是说，提升学生的素养和提高学生也就是说，提升学生的素养和提高学生的高考成绩，两者的目标是统一的，这的高考成绩，两者的目标是统一的，这对高中物理教学来说，是一个重要的对高中物理教学来说，是一个重要的启示。启示。黄恕伯黄恕伯 省级培训省级培训1 1我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高今我国高分系列卫星的高分辨对地观察
8、能力不断提高今年年5 5月月9 9日发射的日发射的“高分五号高分五号”轨道高度约为轨道高度约为705 km705 km，之前已之前已运行的运行的“高分四号高分四号”轨道高度约为轨道高度约为36 000 km36 000 km，它们都绕地球，它们都绕地球做圆周运动与做圆周运动与“高分四号冶相比，下列物理量中高分四号冶相比，下列物理量中“高分五高分五号号”较小的是较小的是（）A.A.周期周期 B B.角速度角速度 C C.线速度线速度 D D.向心加速度向心加速度【来源】（【来源】（江苏卷）江苏卷）2018年全真高年全真高考题：考题：2 2若想检验若想检验“使月球绕地球运动的力使月球绕地球运动的力
9、”与与“使苹果落地的力使苹果落地的力”遵循同样的规律，在已知月地距离约为地球半径遵循同样的规律，在已知月地距离约为地球半径6060倍的情况倍的情况下，需要验证下，需要验证（）A.A.地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的1/601/602 2B.B.月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的1/601/602 2C.C.自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的1/61/6D.D.苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的1/601/60【来源
10、】（北京卷）【来源】（北京卷）3 320182018年年2 2月，我国月，我国500 m500 m口径射电望远镜（天眼）发现毫口径射电望远镜（天眼）发现毫秒脉冲星秒脉冲星“J0318+0253J0318+0253”，其自转周期，其自转周期T T=5.19=5.19 msms，假设星，假设星体为质量均匀分布的球体，已知万有引力常量为体为质量均匀分布的球体，已知万有引力常量为 。以周期以周期T T稳定自转的星体的密度最小值约为稳定自转的星体的密度最小值约为（）【来源】（【来源】（全国全国II II卷）卷）4 4为了探测引力波，为了探测引力波，“天琴计划天琴计划”预计发射地预计发射地球卫星球卫星P
11、P，其轨道半径约为地球半径的，其轨道半径约为地球半径的1616倍；倍；另一地球卫星另一地球卫星Q Q的轨道半径约为地球半径的的轨道半径约为地球半径的4 4倍。倍。P P与与Q Q的周期之比约的周期之比约为为（）A.2:1 B.4:1 C.8:1 D.16:1A.2:1 B.4:1 C.8:1 D.16:1【来源】（【来源】（全国全国IIIIII卷）卷）5 5土星最大的卫星叫土星最大的卫星叫“泰坦泰坦”（如图），每（如图），每1616天绕土星一周，天绕土星一周，其公转轨道半径约为其公转轨道半径约为 ，已知已知引力常量引力常量，则土星的质量约，则土星的质量约为为（）【来源】浙江【来源】浙江卷卷6
12、6（多选）（多选）20182018年年2 2月月2 2日，我国成功将电磁监测试验卫星日，我国成功将电磁监测试验卫星“张张衡一号衡一号”发射升空，标志我国成为世界上少数拥有在轨运行高精发射升空，标志我国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球物理场探测卫星的国家之一度地球物理场探测卫星的国家之一。通过观测可以得到卫星绕通过观测可以得到卫星绕地球运动的周期，并已知地球的半径和地球表面的重力加速度地球运动的周期，并已知地球的半径和地球表面的重力加速度。若将卫星绕地球的运动看作是匀速圆周运动，且不考虑地球自若将卫星绕地球的运动看作是匀速圆周运动，且不考虑地球自转的影响，根据以上数据可以计算出卫星转的影响，
13、根据以上数据可以计算出卫星的的（）A.密度密度 B.向心力的大小向心力的大小 C.离地高度离地高度 D.线速度的大小线速度的大小【来源】（【来源】（天津卷）天津卷）7 7（多选）（多选）20172017年，人类第一次直接探测到来自双中子星年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波合并的引力波。根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约并前约100 s100 s时，它们相距约时，它们相距约400 km400 km，绕二者连线上的某点，绕二者连线上的某点每秒转动每秒转动1212圈，将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，圈，将两颗中子星都看作是质量均匀
14、分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子星出这一时刻两颗中子星（）A.A.质量质量之之积积 B B.质量之质量之和和 C C.速率之速率之和和 D D.各自的自转角速度各自的自转角速度【来源】（【来源】（新课标新课标I I卷）卷）四、探索合适的新教法四、探索合适的新教法没没黄恕伯黄恕伯 省级培训省级培训1 1、利用丰富的物理学史，激发学生浓厚的兴趣、利用丰富的物理学史，激发学生浓厚的兴趣第一节：托勒密第一节：托勒密 哥白尼哥白尼 第谷第谷 开普勒开普勒 哈雷彗星回归哈雷彗星回归第二节：开普勒第二节：开
15、普勒 伽利略伽利略 笛卡尔笛卡尔 胡克胡克 哈雷哈雷 牛顿牛顿第三节：月地检验、卡文迪许第三节：月地检验、卡文迪许第四节：亚当斯、勒维耶发现未知天体第四节：亚当斯、勒维耶发现未知天体第五节：加加林、阿婆罗第五节：加加林、阿婆罗1111号号 杨利伟杨利伟第六节：爱因斯坦相对论第六节：爱因斯坦相对论让“核心素养”在课堂上落地生根10:312 2、善用视频动画，化抽象为形象，便于学生理解、善用视频动画，化抽象为形象，便于学生理解 多媒体的使用，较好地创设教学情境，激发学生兴趣，多媒体的使用，较好地创设教学情境，激发学生兴趣，同时也可以把那些看不见、摸不着、感受不到的东西形象化、同时也可以把那些看不见
16、、摸不着、感受不到的东西形象化、具体化，可以给学生提供过去从未涉及的事物环境和自然想具体化，可以给学生提供过去从未涉及的事物环境和自然想象，使学生有一个身临其境的感受。象，使学生有一个身临其境的感受。让“核心素养”在课堂上落地生根视频链接：http:/ http:/ 与与 GPS与北斗系统（2）引力波与万有引力引力波与万有引力（3）“三体三体”中的中的“万有引力与航天万有引力与航天”让“核心素养”在课堂上落地生根 人们观测到遥远的星光经过太阳附近时会发生弯曲。人们观测到遥远的星光经过太阳附近时会发生弯曲。而牛顿以来的科学家都认为光线是直线传播的。爱因斯而牛顿以来的科学家都认为光线是直线传播的。
17、爱因斯坦认为，要解决观测与理论间的矛盾，只能假设太坦认为，要解决观测与理论间的矛盾，只能假设太 阳周阳周围的空间是弯曲的，这样光线在其中通过时，其路径也围的空间是弯曲的，这样光线在其中通过时，其路径也弯曲起来。弯曲起来。于是他提出了广义相对论，用弯曲空间来讨于是他提出了广义相对论，用弯曲空间来讨论万有引力的作用论万有引力的作用 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探究开普勒行星运动定律建立的过程。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一节：行星的运动第一节：行星的运动 教学流程
18、教学流程让“核心素养”在课堂上落地生根4、具体实施、具体实施-教法探索教法探索1、角色扮演法 使物理学史形象化让“核心素养”在课堂上落地生根第一第一节节 行星的运动行星的运动学生剧本：第一幕：第一幕：首先出场的是托勒密，他得意洋洋地说：首先出场的是托勒密，他得意洋洋地说：“你们知道吗，我你们知道吗，我们地球是宇宙的中心，其他的星球都绕着我们转动们地球是宇宙的中心，其他的星球都绕着我们转动”“不对，地球不是宇宙的中心！不对，地球不是宇宙的中心！”正当他说得起劲时，哥白正当他说得起劲时，哥白尼出现了，尼出现了，“太阳才是宇宙的中心，地球和其他行星都绕着太阳才是宇宙的中心，地球和其他行星都绕着太阳转
19、。太阳转。”“是这样的是这样的”，只见布鲁诺出现在了讲台上，只见布鲁诺出现在了讲台上，“如果是太阳如果是太阳绕着地球转，你怎么解释观测到的行星逆行？绕着地球转，你怎么解释观测到的行星逆行？”他问托勒密。他问托勒密。“这个嘛，行星的运动比较复杂，它既有本轮也有均轮这个嘛，行星的运动比较复杂，它既有本轮也有均轮”托勒密解释道。托勒密解释道。“真是这样的吗？我发现如果用地球绕着太阳转来解释这些真是这样的吗？我发现如果用地球绕着太阳转来解释这些数据，地球的轨道就是一个圆周，非常的简洁方便。数据，地球的轨道就是一个圆周，非常的简洁方便。”布鲁布鲁诺得意地说道。诺得意地说道。让“核心素养”在课堂上落地生根
20、第二幕：第二幕：第谷躺在床上，拿着一堆写满数据的纸，对开普勒第谷躺在床上，拿着一堆写满数据的纸，对开普勒说：说：“我快不行了，这是我数十年观察出来的行星我快不行了，这是我数十年观察出来的行星运动的数据，这些数据耗费了我一生的心血，现在运动的数据，这些数据耗费了我一生的心血，现在我把数据交给你，你一定要好好地利用这些数据，我把数据交给你，你一定要好好地利用这些数据，找出行星运动的规律啊。找出行星运动的规律啊。”开普勒答应了第谷，拿着这些数据进行了研究，既开普勒答应了第谷，拿着这些数据进行了研究，既然这些数据和地心说不符，开普勒利用匀速圆周模然这些数据和地心说不符，开普勒利用匀速圆周模型来检验这些
21、数据，他发现吻合的很好，但总是至型来检验这些数据，他发现吻合的很好，但总是至少有少有8的误差，他继续研究，对圆周轨道产生了质的误差，他继续研究，对圆周轨道产生了质疑，终于获得了成功，在疑，终于获得了成功，在1609年提出了开普勒第一年提出了开普勒第一定律和开普勒第二定律。定律和开普勒第二定律。让“核心素养”在课堂上落地生根学生剧本：2、关注中国古人的研究，提升学生民族自豪感、关注中国古人的研究，提升学生民族自豪感 行星运动理论是中国数理天文学的重要内容行星运动理论是中国数理天文学的重要内容之一，然而我们的教科书却忽略了这部分内容，之一，然而我们的教科书却忽略了这部分内容，我们的学生有必要知道不
22、仅西方国家的科学家在我们的学生有必要知道不仅西方国家的科学家在研究行星运动的规律，我们的先人们也为发现行研究行星运动的规律，我们的先人们也为发现行星运动的规律做出过很大的贡献。星运动的规律做出过很大的贡献。让“核心素养”在课堂上落地生根第一节：第一节：行星的运动行星的运动 中国古代天文学家对五星视运动规律的掌握，中国古代天文学家对五星视运动规律的掌握，经历了一个漫长的过程。在星占学非常发达的古经历了一个漫长的过程。在星占学非常发达的古代中国，行星的视运动往往与星占学密切联系。代中国，行星的视运动往往与星占学密切联系。尽管中国古代天文学家对五星视运动的理解，由尽管中国古代天文学家对五星视运动的理
23、解，由于受科学发展水平的限制，不可避免地带有一些于受科学发展水平的限制，不可避免地带有一些局限性，如始终带有浓厚的局限性，如始终带有浓厚的星占学色彩和主观想星占学色彩和主观想象象，但这并不妨碍他们对五星视运动规律的正确，但这并不妨碍他们对五星视运动规律的正确把握。经过长期的探索，把握。经过长期的探索，中国古代天文学家设计中国古代天文学家设计了一整套计算行星的方法了一整套计算行星的方法，包括行星的视位置，包括行星的视位置，定合、定见、定伏算法。与古希腊以几何模型描定合、定见、定伏算法。与古希腊以几何模型描述行星运动的传统不同，中国古代计算行星完全述行星运动的传统不同，中国古代计算行星完全利用代数
24、方法，尽管天文学家并不知道行星的轨利用代数方法，尽管天文学家并不知道行星的轨道就是椭圆，但是他们设计的算法中已经涉及到道就是椭圆，但是他们设计的算法中已经涉及到对行星中心差和太阳中心差修正，并且达到了相对行星中心差和太阳中心差修正，并且达到了相当高的精度。当高的精度。让“核心素养”在课堂上落地生根 2、关注中国古人的研究，提升学生民族自豪感、关注中国古人的研究，提升学生民族自豪感。3、利用、利用excel表格，提升课堂效率表格，提升课堂效率行星行星半长轴半长轴(106km)公转周期公转周期(天天)水星水星57.987.70金星金星108.2224.7地球地球149.6365.26火星火星227
25、.9686.98木星木星778.34332.71土星土星142710759.5天王星天王星2822.330685海王星海王星4523.960190让“核心素养”在课堂上落地生根第一第一节节 行星的运动行星的运动R-TR2-T让“核心素养”在课堂上落地生根R3-T2让“核心素养”在课堂上落地生根 我们假设是幂函数，我们可以设 两边取对数则 若lgT与lga为直线，其斜率为n，利用excel软件自带处理工具，从而得到n=1.5，即 从而得到开普勒第三定律让“核心素养”在课堂上落地生根第二第二节：节：太阳太阳与行星间的与行星间的引力引力 科学思维探究法科学思维探究法让“核心素养”在课堂上落地生根行星
26、对太阳的引力行星对太阳的引力 行星与太阳地位的行星与太阳地位的“平等性平等性”，根，根据牛顿第三定律，行星对太阳引力据牛顿第三定律，行星对太阳引力F应应满足满足2,rMFFF行星行星太阳太阳 问题问题:太阳对行星的引力太阳对行星的引力 ，为什么行星，为什么行星对太阳的引力对太阳的引力？2rmF2MFr,第三第三节节：万有引力定律万有引力定律 教学教学流程流程让“核心素养”在课堂上落地生根1月地检验的处理月地检验的处理如果我们已知月球绕地球的公转周期为如果我们已知月球绕地球的公转周期为27.3天天.月球距月球距地球半径为地球半径为6.37106m，轨道半径为地球半径的，轨道半径为地球半径的60倍
27、。倍。地球表面重力加速度地球表面重力加速度g=9.8m/s2（1）根据运动学公式，）根据运动学公式，试计算一下月球绕地球的试计算一下月球绕地球的向心加速度是多大向心加速度是多大?（2）a月月:g （3）r月月:R （4）结论：）结论：a1/r2,天上的力与地天上的力与地上的力遵循同样的规律上的力遵循同样的规律第三第三节节 万有引力定律万有引力定律 科学科学思维探究法思维探究法 让“核心素养”在课堂上落地生根2、万有引力的进一步理解、万有引力的进一步理解提出问题，阅读教材：提出问题，阅读教材：(1)什么是万有引力？并举出实例。什么是万有引力？并举出实例。(2)万有引力定律怎样反映物体之间相互作用
28、的规律？万有引力定律怎样反映物体之间相互作用的规律？其数学表达式如何？并注明每个符号的单位和物其数学表达式如何？并注明每个符号的单位和物理意义。理意义。(3)万有引力定律的适用条件是什么？万有引力定律的适用条件是什么？(4)你认为万有引力定律的发现有何深远意义？你认为万有引力定律的发现有何深远意义？让“核心素养”在课堂上落地生根第三第三节节 万有引力定律万有引力定律3、利用动画演示扭秤实验原理、利用动画演示扭秤实验原理了解光杠杆放大作用，不定量研究。让“核心素养”在课堂上落地生根第三第三节节 万有引力定律万有引力定律4、估算两人间万有引力，地球和月球间的万有引力，、估算两人间万有引力，地球和月
29、球间的万有引力，理解定律的宏观性。理解定律的宏观性。例例1：估算两个质量：估算两个质量50kg的同学相距的同学相距1m时之间的万有时之间的万有引力约有多大？引力约有多大？F万万=GMm/r2=(6.6710-115050)/12=210-7(N)，例例2：假定用钢索的拉力替代地球和月球间的万有引：假定用钢索的拉力替代地球和月球间的万有引力，若钢索的张力强度大约是力，若钢索的张力强度大约是5.0108N/m2，则所需，则所需钢索的横截面积是多少平方米钢索的横截面积是多少平方米?F=GMm/r2=(6.6710116.010247.41022)/(3.8108)2=21020(N)，S=F/A=2
30、1020/(5108)=41011(m2)让“核心素养”在课堂上落地生根第三第三节节 万有引力定律万有引力定律本节知识网络：让“核心素养”在课堂上落地生根第三第三节节 万有引力定律万有引力定律第四节、万有引力理论的第四节、万有引力理论的成就成就 教学教学流程流程 科学真是迷人：计算地球的质量科学真是迷人：计算地球的质量计算太阳的质量计算太阳的质量 计算中心天体的密度计算中心天体的密度发现未知天体发现未知天体归纳总结：两条基本思路归纳总结：两条基本思路 让“核心素养”在课堂上落地生根 问题问题1、卡文迪许被称为、卡文迪许被称为“能称出地球质量的能称出地球质量的人人”，你能，你能“称量称量”出地球
31、的质量吗？若能出地球的质量吗？若能,请写出请写出推导过程并解释。推导过程并解释。例：设地面附近的重力加速度例：设地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半径地球半径R=6.4106m，引力常量，引力常量 G=6.6710-11 Nm2/kg2，试估算地球的质量。，试估算地球的质量。第四第四节节 万有引力万有引力理论理论的成就的成就 问题引领式问题引领式让“核心素养”在课堂上落地生根 问题问题2、此方法能否求出其他星球的质、此方法能否求出其他星球的质量？需满足什么条件？量？需满足什么条件？例：宇航员站在一个星球表面上的某高处例：宇航员站在一个星球表面上的某高处h自自由释放一小球，经过时间由释
32、放一小球，经过时间t落地，该星球的半径为落地，该星球的半径为R，你能求解出该星球的质量吗？，你能求解出该星球的质量吗？让“核心素养”在课堂上落地生根第四第四节节 万有引力万有引力理论理论的成就的成就 问题引领式问题引领式 问题问题3、用万有引力定律可算出地球的、用万有引力定律可算出地球的质量，能否用它算出太阳的质量呢？若能质量，能否用它算出太阳的质量呢？若能，其基本思路是什么？其基本思路是什么？.已知地球的质量为已知地球的质量为、地球到太阳的距离为地球到太阳的距离为，地球公转的角速度为地球公转的角速度为，求太阳的质量，求太阳的质量。.已知地球的质量为已知地球的质量为、地球到太阳的距离为、地球到
33、太阳的距离为，地球公转的线速度为地球公转的线速度为v，求太阳的质量，求太阳的质量。.已知地球的质量为已知地球的质量为、地球到太阳的距离为、地球到太阳的距离为，地球公转的周期为地球公转的周期为T，求太阳的质量，求太阳的质量。第四第四节节 万有引力万有引力理论理论的成就的成就 问题引领式问题引领式让“核心素养”在课堂上落地生根 问题、请想办法求出环绕行星（或卫星）问题、请想办法求出环绕行星（或卫星）的质量，并总结需要满足什么条件和要求？的质量，并总结需要满足什么条件和要求？（要求学生通过思考和讨论完成）（要求学生通过思考和讨论完成）明确所求质量的天体必须是中心天体这一关键明确所求质量的天体必须是中
34、心天体这一关键点，堵住后续学习中易犯错误的漏洞。点，堵住后续学习中易犯错误的漏洞。第四第四节节 万有引力万有引力理论理论的成就的成就 问题引领式问题引领式让“核心素养”在课堂上落地生根 问题问题5、若已知中心天体的半径、若已知中心天体的半径R，能否求出，能否求出中心天体的密度？推导出中心天体密度的表达式，中心天体的密度？推导出中心天体密度的表达式，并说明式中各物理量的含义。并说明式中各物理量的含义。第四第四节节 万有引力万有引力理论理论的成就的成就 问题引领式问题引领式让“核心素养”在课堂上落地生根 问题、应用万有引力定律求解天体质量的问题、应用万有引力定律求解天体质量的两条思路的异两条思路的
35、异 同同、应用条件及注意问题是什么？、应用条件及注意问题是什么？（以问题形式引导学生归纳总结（以问题形式引导学生归纳总结）第四第四节节 万有引力万有引力理论理论的成就的成就 问题引领式问题引领式让“核心素养”在课堂上落地生根第五节、宇宙第五节、宇宙航行航行 教学教学流程流程 牛顿猜想牛顿猜想宇宙速度宇宙速度 卫星运行规律卫星运行规律梦想成真梦想成真让“核心素养”在课堂上落地生根（一）、（一）、牛顿的设想牛顿的设想 问题问题1、由平抛运动知识可知、由平抛运动知识可知 物体平抛时水物体平抛时水平初速度越大飞行的水平距离越远平初速度越大飞行的水平距离越远 地球是个球体地球是个球体 如果抛出速度很大如
36、果抛出速度很大 则飞行的距离很长此时我们把则飞行的距离很长此时我们把地面看成曲面地面看成曲面 若抛出物体的水平初速度足够大若抛出物体的水平初速度足够大 物体将会如何运动？物体将会如何运动？建议演示建议演示 牛顿关于人造卫星的设想牛顿关于人造卫星的设想 flash课件课件第五第五节节 宇宙航行宇宙航行 问题问题引领引领式式 让“核心素养”在课堂上落地生根 问题问题2、（、（算一算）以多大的速度将物体抛出，算一算）以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面的卫星？它才会成为绕地球表面的卫星？例、已知地球质量例、已知地球质量M=5.98*1024 kg，地球，地球R=6400km,G=6.67*1
37、0-11N.m2/kg2,地表地表g=9.8m/s2(离地面离地面高度忽略不计）高度忽略不计）推导方式一：万有引力提供向心力推导方式一：万有引力提供向心力 推导方式二：重力提供向心力（重力近似等于万有引推导方式二：重力提供向心力（重力近似等于万有引力）力）（二）、宇宙速度（二）、宇宙速度让“核心素养”在课堂上落地生根第五第五节节 宇宙航行宇宙航行 问题问题引领引领式式 10:31问题问题3、如果卫星的发射速度大于、如果卫星的发射速度大于7.9km/s会出现什么会出现什么情况呢情况呢？鼓励学生大胆猜想？鼓励学生大胆猜想宇宙速度宇宙速度数值数值(km/s）意义意义第一宇宙速第一宇宙速度度7.9这是
38、卫星这是卫星脱离地面脱离地面做做圆周运动的最小圆周运动的最小发射速度，若发射速度，若7.9 km/sv11.2 km/s，物体绕地球运行（环绕速度）物体绕地球运行（环绕速度）第二宇宙速第二宇宙速度度11.2这是物体这是物体挣脱地球挣脱地球引力束缚的最小发引力束缚的最小发射速度，若射速度，若11.2 km/sv16.7 km/s，物体绕地球运行（脱离速度）物体绕地球运行（脱离速度）第三宇宙速第三宇宙速度度16.7这是物体挣脱太阳引力束缚的最小发这是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，若射速度，若v16.7 km/s，物体将，物体将脱离脱离太阳太阳在宇宙空间运行（逃逸速度）在宇宙空间运行（逃逸速度
39、）第五第五节节 宇宙航行宇宙航行 问题问题引领引领式式 问题问题4、卫星到达预定轨道后，遵循怎样的运动、卫星到达预定轨道后，遵循怎样的运动规律呢？地球质量规律呢？地球质量M，万有引力常量，万有引力常量G均为定值，均为定值，设卫星轨道半径为设卫星轨道半径为r。试分析卫星运行速度。试分析卫星运行速度v、角、角速度速度、周期、周期T、向心加速度、向心加速度a与轨道半径与轨道半径r的关系。的关系。（三）、卫星的运行规律（三）、卫星的运行规律让“核心素养”在课堂上落地生根第五第五节节 宇宙航行宇宙航行 问题问题引领引领式式 （四）、梦想成真（四）、梦想成真人类航天历程人类航天历程 播放视频素材，了解人类
40、探索太空的艰辛过播放视频素材，了解人类探索太空的艰辛过程，感受科技发展对人类社会进步的巨大推动作程，感受科技发展对人类社会进步的巨大推动作用。通过对我国航天事业发展史的了解，培养学用。通过对我国航天事业发展史的了解，培养学生的爱国情感与科学精神。生的爱国情感与科学精神。让“核心素养”在课堂上落地生根第五第五节节 宇宙航行宇宙航行 问题问题引领引领式式 3、极地极地轨道、赤道轨道、一般轨道卫星轨道、赤道轨道、一般轨道卫星 本节课必须分清几个重要的概念：本节课必须分清几个重要的概念：1 1、发射速度与环绕速度、发射速度与环绕速度2、地球赤道上地球赤道上物体物体、近近地卫星、同步卫星、地卫星、同步卫
41、星、月球月球5 5、“稳态稳态”与与“变轨变轨”4 4、地球地球同步轨道与地球静止轨道同步轨道与地球静止轨道6 6、重力（、重力（引力引力）加速度）加速度与向心加速度与向心加速度 地球同步轨道与地球静止轨道不是一回事地球同步轨道与地球静止轨道不是一回事，它们之间有共同点也有较大区别地球同步轨道与地球静它们之间有共同点也有较大区别地球同步轨道与地球静止轨道都是运行周期（止轨道都是运行周期（23小时小时56分分04秒）相同的人造地秒）相同的人造地球卫星轨道球卫星轨道 这两种轨道的区别有三：这两种轨道的区别有三：（1）轨道倾角）轨道倾角 地球静止轨道是轨道倾角（轨道平面和赤道平面的夹地球静止轨道是轨
42、道倾角（轨道平面和赤道平面的夹角）为零的圆形地球同步轨道即地球静止轨道一定在赤角）为零的圆形地球同步轨道即地球静止轨道一定在赤道平面上；而地球同步轨道平面可与赤道平面成一不为零道平面上；而地球同步轨道平面可与赤道平面成一不为零的夹角的夹角（2）看到的现象）看到的现象 在地球同步轨道上运行的卫星每天在相同时间经过相在地球同步轨道上运行的卫星每天在相同时间经过相同地方的天空，对地面上观察者来说，每天相同时刻卫星同地方的天空，对地面上观察者来说，每天相同时刻卫星会出现在相同的方向上会出现在相同的方向上在一段连续的时间内，卫星相对在一段连续的时间内，卫星相对于观察者可以是运动的于观察者可以是运动的而处
43、于地球静止轨道上运行的卫而处于地球静止轨道上运行的卫星每天任何时刻都处于相同地方的上空，地面观察者看到星每天任何时刻都处于相同地方的上空，地面观察者看到卫星始终位于某一位置，卫星始终位于某一位置，保持静止不动保持静止不动 （3）点轨迹）点轨迹 人造地球卫星在地面的投影点人造地球卫星在地面的投影点（或卫星和地心连线与地面的交点）（或卫星和地心连线与地面的交点）称为星下点卫星运动和地球自转称为星下点卫星运动和地球自转使星下点在地球表面移动，形成星使星下点在地球表面移动，形成星下点轨迹下点轨迹地球同步卫星的星下点地球同步卫星的星下点轨迹是一条轨迹是一条8字形的封闭曲线字形的封闭曲线，而，而地球静止卫
44、星的星下点轨迹是一个地球静止卫星的星下点轨迹是一个点点重力（重力（引力引力）加速度）加速度与与向心加速度有区别向心加速度有区别 当当物体绕地球做圆周运动时引力加速度和向心物体绕地球做圆周运动时引力加速度和向心加速度相等；当物体绕地球做椭圆运动时，只有在加速度相等；当物体绕地球做椭圆运动时，只有在近地点和远地点，引力加速度和向心加速度相等，近地点和远地点，引力加速度和向心加速度相等，其余各点皆为引力加速度大于向心加速度其余各点皆为引力加速度大于向心加速度.让“核心素养”在课堂上落地生根让“核心素养”在课堂上落地生根 例例3 发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道发射地球同步卫星时，先将卫星
45、发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道星送入同步圆轨道3轨道轨道l、2相切于相切于Q点轨道点轨道2、3相切相切于于P点，如图所示，则当卫星分别在点，如图所示，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运轨道上正常运行时，以下说法正确的是行时，以下说法正确的是（）A卫星在轨道卫星在轨道3上的速率大于在轨道上的速率大于在轨道1上的速率上的速率 B卫星在轨道卫星在轨道3上的角速度小于在轨道上的角速度小于在轨道l上的角速度上的角速度 C卫星在轨道卫星在轨道1上经过上经过Q点时的加速度大于它在轨道点时的加速度大于
46、它在轨道2上经上经过过Q点时的加速度点时的加速度 D卫星在轨道卫星在轨道2上经过上经过P点时的加速度等于它在轨道点时的加速度等于它在轨道3上经上经过过P点时的加速度点时的加速度让“核心素养”在课堂上落地生根第六节第六节 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理性质的教材；目的使学生正确认识物理学理论的发展与适用范围；引领学生思学理论的发展与适用范围；引领学生思考科学的价值观考科学的价值观;教材的立意是使学生了教材的立意是使学生了解近代物理解近代物理知识。知识。让“核心素养”在课堂上落地生根本节从三个领域的发展过程进行。本节从三个领域的发展过程进行。让“核心素养”在课堂上落地生根第六节第六节 经典力学的局限性经典力学的局限性 情境教学法情境教学法三、总结归纳：三、总结归纳：
