課題《第六章 萬有引力與航天》 單元教學(xué)設(shè)計(jì)

課題：第六章： 萬有引力與航天 單元教學(xué)設(shè)計(jì) 聊城市外國(guó)語學(xué)校 郝書香一、任務(wù)分析1、課程標(biāo)準(zhǔn)：（1）通過有關(guān)事實(shí)了解萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程。知道萬有引力定律。認(rèn)識(shí)發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的重要意義，體會(huì)科學(xué)定律對(duì)人類探索未知世界的作用。（2）會(huì)計(jì)算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。（3）初步了解經(jīng)典時(shí)空觀和相對(duì)論時(shí)空觀，知道相對(duì)論對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的影響。（4）初步了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象，知道宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)，體會(huì)量子論的建立深化了人類對(duì)于物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)。（5）通過實(shí)例，了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就，體會(huì)經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的價(jià)值與意義，認(rèn)識(shí)經(jīng)典力學(xué)的實(shí)用范圍和局限性。（6）體會(huì)科學(xué)研究方法對(duì)人們認(rèn)識(shí)自然的重要作用。舉例說明物理學(xué)的進(jìn)展對(duì)于自然科學(xué)的促進(jìn)作用。高考說明解讀：萬有引力定律及其應(yīng)用、環(huán)繞速度級(jí)要求，第二宇宙速度、第三宇宙速度級(jí)要求。一級(jí)與了解、認(rèn)識(shí)相當(dāng)，二級(jí)與理解、應(yīng)用相當(dāng)。初中教材：未有涉及各版本教材分析：相互借鑒、去長(zhǎng)補(bǔ)短、對(duì)教學(xué)很有幫助。上?？平贪妫喊才帕藘烧?，第五章，萬有引力與航天，側(cè)重于規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程、物理學(xué)史及航天事業(yè)的學(xué)習(xí)。第六章，經(jīng)典力學(xué)與現(xiàn)代物理，側(cè)重于現(xiàn)代物理學(xué)的了解與認(rèn)識(shí)。山東科技版：安排了兩章，第五章，萬有引力定律及其應(yīng)用，側(cè)重于章節(jié)引入，規(guī)律簡(jiǎn)介、應(yīng)用及物理學(xué)史、航天事業(yè)的學(xué)習(xí)。第六章，相對(duì)論與量子論初步，側(cè)重于現(xiàn)代物理學(xué)的了解與認(rèn)識(shí)。人教版：兼顧二者。2、本單元在教材中的地位作用及主要內(nèi)容本章主要知識(shí)是萬有引力定律及其在天體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用，重點(diǎn)是第一宇宙速度、衛(wèi)星線速度、角速度、周期等的計(jì)算、比較。本章是勻速圓周運(yùn)動(dòng)、牛頓定律的進(jìn)一步應(yīng)用，在高考中占一定的分?jǐn)?shù)。除知識(shí)外，本章內(nèi)容是對(duì)學(xué)生進(jìn)行“過程與方法、情感、態(tài)度與價(jià)值觀”教育的好機(jī)會(huì)，讓學(xué)生充分體會(huì)“人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)過程和牛頓建立萬有引力定律的過程”，讓學(xué)生充分體驗(yàn)托勒密、哥白尼、第谷、開普勒、布魯諾、伽利略等物理學(xué)家堅(jiān)持真理、勇于創(chuàng)新和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神和科學(xué)思維方法（求真、求簡(jiǎn)、求美）,讓學(xué)生充分感知航天活動(dòng)是一項(xiàng)高頂尖的事業(yè)，正改變著我們的生活及正確評(píng)價(jià)經(jīng)典力學(xué)。3、學(xué)習(xí)本單元所需要的基礎(chǔ)知識(shí):（1）基本概念、基本規(guī)律、基本技能、基本思想角速度、線速度、向心力、向心加速度、牛頓第二定律（2）球體體積公式、橢圓知識(shí)等數(shù)學(xué)知識(shí)和運(yùn)算技能4、學(xué)校、學(xué)生情況分析:學(xué)生對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的研究缺乏觀察的條件，對(duì)科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明、創(chuàng)造內(nèi)容的了解不夠系統(tǒng)和準(zhǔn)確。指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)牛頓第二定律、圓周運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)理論推導(dǎo)萬有引力定律及其應(yīng)用，學(xué)生基本能做到。二、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能：1、知道開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律，了解開普勒第三定律中K值的大小只與中心天體有關(guān)，了解開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律的發(fā)現(xiàn)過程。2、能根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律和牛頓定律推導(dǎo)出太陽(yáng)與行星間的引力表達(dá)式，了解萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程。3、知道萬有引力定律，知道半徑的物理意義，引力常數(shù)的大小和意義。4、了解萬有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用，會(huì)用萬有引力定律計(jì)算天體質(zhì)量等問題，理解并運(yùn)用萬有引力定律處理天體問題的思路和方法。5、知道人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行原理，會(huì)運(yùn)用萬有引力定律和圓周運(yùn)動(dòng)公式分析解答有關(guān)衛(wèi)星運(yùn)行的原因；知道三個(gè)宇宙速度的含義和數(shù)值，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度；簡(jiǎn)單了解航天發(fā)展史，能用所學(xué)知識(shí)求解衛(wèi)星基本問題。6、了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就，認(rèn)識(shí)經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍。過程與方法：1、通過閱讀、觀看視頻、討論交流、教師點(diǎn)撥讓學(xué)生充分體會(huì)“人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)過程”，讓學(xué)生充分體驗(yàn)托勒密、哥白尼、第谷、開普勒、布魯諾、伽利略等物理學(xué)家堅(jiān)持真理、勇于創(chuàng)新和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神和科學(xué)思維方法（求真、求簡(jiǎn)、求美）。2、根據(jù)科學(xué)探究（提出問題、猜想與假設(shè)、簡(jiǎn)化模型、演繹與推理）的思路，推導(dǎo)太陽(yáng)與行星間的引力公式，體會(huì)邏輯推理在物理學(xué)中的重要性；了解牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的三大困難及不同物理學(xué)家對(duì)太陽(yáng)與行星引力的說法3、通過“月地檢驗(yàn)”，讓學(xué)生解放思想、大膽猜想，總結(jié)出萬有引力定律。4、通過萬有引力定律推導(dǎo)出計(jì)算天體質(zhì)量的公式；培養(yǎng)學(xué)生在處理實(shí)際問題時(shí)構(gòu)建物理模型的能力；培養(yǎng)學(xué)生分析、歸納、推導(dǎo)、總結(jié)運(yùn)用萬有引力定律處理天體問題時(shí)的思路和方法。5、通過閱讀、觀看視頻、討論交流、教師點(diǎn)撥讓學(xué)生充分體驗(yàn)航天活動(dòng)是一項(xiàng)高頂尖的事業(yè)，正改變著我們的生活。6、通過閱讀課文讓學(xué)生體會(huì)一切科學(xué)都有自己的局限性，新的理論會(huì)不斷完善和補(bǔ)充舊的理論，人類對(duì)科學(xué)的認(rèn)識(shí)是無止境的。情感、態(tài)度與價(jià)值觀：1、澄清對(duì)天體運(yùn)動(dòng)神秘模糊的認(rèn)識(shí)，掌握人類認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的科學(xué)思想（求真、求簡(jiǎn)、求美），感悟科學(xué)是人類進(jìn)步不竭的動(dòng)力。2、體會(huì)萬有引力定律在人類認(rèn)識(shí)自然界奧秘中的巨大作用，讓學(xué)生懂得理論來源于實(shí)踐，反過來又可以指導(dǎo)實(shí)踐的辯證唯物主義觀點(diǎn)。3、由人類對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的探索過程，培養(yǎng)學(xué)生尊重客觀事實(shí)，實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)的想像力建立在對(duì)事物長(zhǎng)期深入的觀察、實(shí)驗(yàn)、抽象、歸納基礎(chǔ)之上，形成提出問題、猜想與假設(shè)、簡(jiǎn)化模型、演繹與推理的科學(xué)思維方法。4、學(xué)習(xí)物理學(xué)家堅(jiān)持真理、勇于創(chuàng)新與不惜生命代價(jià)的科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神。5、介紹我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，激發(fā)學(xué)習(xí)科學(xué)，熱愛科學(xué)的激情，增強(qiáng)民族自信心和自豪感。6、通過對(duì)牛頓力學(xué)適用范圍的討論，使學(xué)生知道物理中的結(jié)論和規(guī)律一般都有其適用范圍，認(rèn)識(shí)知識(shí)的變化性和無窮性，培養(yǎng)獻(xiàn)身于科學(xué)的時(shí)代精神。三、重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：人類對(duì)行星規(guī)律的認(rèn)識(shí)，開普勒三定律的內(nèi)容，萬有引力定律的內(nèi)容、表達(dá)式及應(yīng)用，第一宇宙速度的推導(dǎo)。難點(diǎn)：人類對(duì)行星規(guī)律的認(rèn)識(shí)，對(duì)開普勒三定律的內(nèi)容的理解，牛頓解決引力問題的三大困難，理論探究行星與太陽(yáng)的引力表達(dá)式，月地檢驗(yàn)和萬有引力定律的應(yīng)用，萬有引力、重力、向心力的區(qū)別與聯(lián)系，人造衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)行速度與衛(wèi)星發(fā)射速度的區(qū)別。關(guān)鍵點(diǎn)：對(duì)靜止在地面的物體來說，萬有引力等于重力；對(duì)環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星、宇宙飛船來說，萬有引力充當(dāng)向心力。四、策略方法教學(xué)理念：1、通過閱讀、觀看視頻、討論交流、教師點(diǎn)撥讓學(xué)生充分了解科學(xué)史、掌握科學(xué)研究思維方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家求真、求簡(jiǎn)、求美的科學(xué)思想，提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。2、體現(xiàn)課程的時(shí)代性，加強(qiáng)與生活、科技與社會(huì)的聯(lián)系，整合豐富的課程資源，提高學(xué)生的愛國(guó)意識(shí)和愛國(guó)情懷。3、想辦法解放學(xué)生的腦、眼睛、手、嘴、時(shí)間、空間讓學(xué)生有充足的時(shí)間、自由的空間來動(dòng)腦思考、觀察分析、體驗(yàn)探究、交流合作，采用自主、小組合作、探究、搶答等多種教學(xué)方式，提高教學(xué)的效益（三維目標(biāo)）、效果（全體學(xué)生）、效率（針對(duì)教師與學(xué)生的投入），為學(xué)生生命的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，為學(xué)生的終身發(fā)展負(fù)責(zé)。具體教學(xué)策略：第一節(jié) 行星的運(yùn)動(dòng)按山東省普通高中物理學(xué)科教學(xué)內(nèi)容調(diào)整意見，開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律只要求初步了解。（1）引入課題：詩(shī)歌朗誦天問，有多層寓意：強(qiáng)化物理學(xué)的人文性，激發(fā)學(xué)生對(duì)愛國(guó)詩(shī)人屈原的熱愛，喚起學(xué)生對(duì)真理的向往、追求，期待學(xué)生為脫離庸俗、走向崇高有不惜生命代價(jià)的革命精神。（2）通過閱讀、觀看視頻、討論交流、教師點(diǎn)撥讓學(xué)生充分體會(huì)地心說與日心說的基本觀點(diǎn)、歷史意義、日心說戰(zhàn)勝地心說的艱難歷程及日心說的局限性。地心說,是世界上第一個(gè)行星體系模型,是世界上最早的假說演繹體系。在建立理論的過程中,自始至終使用數(shù)學(xué)工具去研究和證明,開創(chuàng)了構(gòu)建精確性理論的先河。在地心說占統(tǒng)治地位的上千年間,由于地心說的統(tǒng)治地位和廣泛影響,它塑造了西方人的分析式的思維方式,和不包含倫理觀的實(shí)體自然觀,以及自然研究中應(yīng)用數(shù)學(xué)工具的習(xí)慣。托勒密主張“地心說”，學(xué)說的提出與基督教中關(guān)于天堂、人間、地獄的說法剛好互相吻合，處于統(tǒng)治地位的教廷便竭力支持地心學(xué)說，把“地心說”和上帝創(chuàng)造世界融為一體，用來愚弄人們，維護(hù)自己的統(tǒng)治。因而“地心學(xué)”說被教會(huì)奉為和圣經(jīng)一樣的經(jīng)典，長(zhǎng)期居于統(tǒng)治地位。 隨著事物的不斷發(fā)展，天文觀測(cè)的精確度漸漸提高，人們逐漸發(fā)現(xiàn)了地心學(xué)說的破綻。到文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)時(shí)期，人們發(fā)現(xiàn)托勒密所提出的均輪和本輪的數(shù)目竟多達(dá)八十個(gè)左右，這顯然是不合理、不科學(xué)的。人們期待著能有一種科學(xué)的天體系統(tǒng)取代地心說。在這種歷史背景下，哥白尼的地動(dòng)學(xué)說應(yīng)運(yùn)而生了。哥白尼的日心宇宙體系是時(shí)代的產(chǎn)物，它受到時(shí)代的限制。反對(duì)神學(xué)的不徹底性，同時(shí)表現(xiàn)在哥白尼的某些觀點(diǎn)上，他的體系是存在缺陷的。哥白尼所指的宇宙是局限在一個(gè)小的范圍內(nèi)的，具體來說，他的宇宙結(jié)構(gòu)就是今天我們所熟知的太陽(yáng)系，即以太陽(yáng)為中心的天體系統(tǒng)。宇宙既然有它的中心，就必須有它的邊界，哥白尼雖然否定了地心說，但他卻保留了一層恒星天，盡管他回避了宇宙是否有限這個(gè)問題，但實(shí)際上他是相信恒星天球是宇宙的“外殼”，他仍然相信天體只能按照所謂完美的圓形軌道運(yùn)動(dòng)，所以哥白尼的宇宙體系，仍然包含著不動(dòng)的中心天體。但是作為近代自然科學(xué)的奠基人，哥白尼的歷史功績(jī)是偉大的。確認(rèn)地球不是宇宙的中心，而是行星之一，從而掀起了一場(chǎng)天文學(xué)上根本性的革命，是人類探求客觀真理道路上的里程碑。 哥白尼的偉大成就，不僅鋪平了通向近代天文學(xué)的道路，而且開創(chuàng)了整個(gè)自然界科學(xué)向前邁進(jìn)的新時(shí)代。從哥白尼時(shí)代起，脫離教會(huì)束縛的自然科學(xué)和哲學(xué)開始獲得飛躍的發(fā)展。中世紀(jì)的歐洲，托勒密、亞里士多德的“地心說”一直占有統(tǒng)治地位。如果有誰懷疑“地心說”，就會(huì)受到教會(huì)的嚴(yán)厲制裁。1543年，波蘭天文學(xué)家哥白尼臨終前終于發(fā)表了天體運(yùn)行論，完整地提出了“日心說”理論。然而這部偉大著作的出版卻經(jīng)歷了一個(gè)艱難而曲折的過程，直到彌留之際，哥白尼才終于見到剛剛出版的天體運(yùn)行論。意大利思想家布魯諾，因維護(hù)“日心說”觸怒了教廷。1592年，羅馬教徒把他誘騙回國(guó)。布魯諾被處以火刑，他向圍觀的人們莊嚴(yán)地宣布：“黑暗即將過去，黎明即將來臨，真理終將戰(zhàn)勝邪惡?！币獯罄茖W(xué)家伽利略，也因?yàn)橹С帧叭招恼f”被羅馬教皇判處終身監(jiān)禁。被宗教裁判所折磨得奄奄一息的伽利略在生命的最后一刻依舊說：“我腳下的地球依然轉(zhuǎn)動(dòng)?！辟だ栽谏淖詈笠豢倘匀粵]有放棄自己所堅(jiān)持的“日心說”。直到1882年，羅馬教皇不得不承認(rèn)哥白尼的學(xué)說是正確的，這個(gè)光輝的學(xué)說經(jīng)過三個(gè)世紀(jì)的艱苦斗爭(zhēng)終于獲得了完全勝利?！叭招恼f”最終戰(zhàn)勝了“地心說”。（3）開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律建立過程：第谷在天文歷史上以觀測(cè)精密而著稱，是一個(gè)善于“看”的人。清醒地知道要認(rèn)識(shí)行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，積累高度精確測(cè)量數(shù)據(jù)的重要性，并身體力行地測(cè)出了大量的原始精確的數(shù)據(jù)。第谷卻提倡地心說，并試圖改進(jìn)它，未能接受哥白尼的日心說。在他的地心說里，行星繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，而太陽(yáng)又繞著地球轉(zhuǎn)。但是，第谷堅(jiān)持不懈，一絲不茍地進(jìn)行科學(xué)觀察的精神，將永遠(yuǎn)地載入科學(xué)史冊(cè)；他本身取得的巨大成就和留給開普勒的大量資料，推動(dòng)了天文學(xué)向近代科學(xué)發(fā)展。第谷這種對(duì)現(xiàn)象和事實(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確觀察和記錄的精神，是現(xiàn)代科學(xué)思想的典范?？茖W(xué)上最重要的是對(duì)真實(shí)世界詳盡、周密、透徹的觀察，至于理解和解釋，只能盡力而為。要充分理解一個(gè)問題往往需要幾十年、幾百年、甚至幾千年，而今天我們能把握的只有得到真實(shí)、可靠的事實(shí)。如果不能創(chuàng)新和突破，就認(rèn)真地積累真實(shí)的資料。開普勒定律在天文學(xué)上有十分重大的意義： 首先，開普勒定律在科學(xué)思想上表現(xiàn)出無比勇敢的創(chuàng)造精神。遠(yuǎn)在哥白尼創(chuàng)立日心宇宙體系之前，許多學(xué)者對(duì)于天動(dòng)地靜的觀念就提出過不同見解。但對(duì)天體遵循完美的均勻圓周運(yùn)動(dòng)這一觀念，從未有人敢懷疑。開普勒卻毅然否定了它。這是個(gè)非常大膽的創(chuàng)見。哥白尼知道幾個(gè)圓合并起來就可以產(chǎn)生橢圓，但他從來沒有用橢圓來描述過天體的軌道。正如開普勒所說， “哥白尼沒有覺察到他伸手可得的財(cái)富”。 其次，開普勒定律徹底摧毀了托勒密的本輪系，把哥白尼體系從本輪的桎梏下解放出來，為它帶來充分的完整和嚴(yán)謹(jǐn)。哥白尼拋棄古希臘人的一個(gè)先入之見，即天與地的本質(zhì)差別，獲得一個(gè)簡(jiǎn)單得多的體系。但它仍須用三十幾個(gè)圓周來解釋天體的表觀運(yùn)動(dòng)。開普勒卻找到最簡(jiǎn)單的世界體系，只用七個(gè)橢圓說就全部解決了。從此，不須再借助任何本輪和偏心圓就能簡(jiǎn)單而精確地推算行星的運(yùn)動(dòng)。 第三，開普勒定律使人們對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)得到明晰概念。它證明行星世界是一個(gè)勻稱的（即開普勒所說的“和諧”）系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的中心天體是太陽(yáng)，受來自太陽(yáng)的某種統(tǒng)一力量所支配。太陽(yáng)位于每個(gè)行星軌道的焦點(diǎn)之一。行星公轉(zhuǎn)周期決定于各個(gè)行星與太陽(yáng)的距離，與質(zhì)量無關(guān)。而在哥白尼體系中，太陽(yáng)雖然居于宇宙“中心”，卻并不扮演這個(gè)角色，因?yàn)闆]有一個(gè)行星的軌道中心是同太陽(yáng)相重合的。 由于利用前人進(jìn)行的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和記錄下來的數(shù)據(jù)而作出科學(xué)發(fā)現(xiàn)，在科學(xué)史上是不少的。但像行星運(yùn)動(dòng)定律的發(fā)現(xiàn)那樣，從第谷的20余年辛勤觀測(cè)到開普勒長(zhǎng)期的精心推算，道路如此艱難，成果如此輝煌的科學(xué)合作，則是罕見的。這一切都是在沒有望遠(yuǎn)鏡的條件下得到的！ （4）開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律的內(nèi)容、理解和應(yīng)用：1軌道定律，因?yàn)閿?shù)學(xué)知識(shí)不足學(xué)生對(duì)橢圓特點(diǎn)理解不透，這是本節(jié)難點(diǎn)。準(zhǔn)備木板、白紙、圖釘、細(xì)線、鉛筆讓學(xué)生分組體驗(yàn)橢圓的形狀及太陽(yáng)在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。2、面積定律，動(dòng)畫演示。學(xué)生根據(jù)面積定律分析行星經(jīng)過軌道上的不同位置時(shí)，尤其近日點(diǎn)、遠(yuǎn)日點(diǎn)線速度一樣嗎？如何改變？還可以嘗試讓學(xué)生從計(jì)算角度分析。 3、周期定律多媒體展示太陽(yáng)系八大行星的平均軌道半徑與周期的數(shù)據(jù)，讓學(xué)生動(dòng)手計(jì)算K值，進(jìn)行比較，體會(huì)半徑越大周期越大，比值不變，與行星無關(guān)。按調(diào)整意見，計(jì)算不做要求。4、圓周運(yùn)動(dòng)近似：出示八大行星軌道圖，使學(xué)生對(duì)多數(shù)行星的軌道與圓十分接近有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)抓住本質(zhì)因素，忽略次要因素，將復(fù)雜的橢圓運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為熟悉簡(jiǎn)單的勻速圓周運(yùn)動(dòng)處理，讓學(xué)生再次體會(huì)這一科學(xué)的思想方法，也為后面學(xué)習(xí)萬有引力定律打下基礎(chǔ)。（5）練習(xí)與作業(yè)：開放性作業(yè)：收集、觀看有關(guān)上述物理學(xué)家的資料，對(duì)自己觸動(dòng)最大的寫一篇感想論文。第二節(jié) 太陽(yáng)與行星間的引力（1）引入課題：復(fù)習(xí)引入（2）太陽(yáng)與行星間的引力的推導(dǎo)是本節(jié)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)科學(xué)探究思路進(jìn)行: 1.提出問題:為甚麼行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)？2.猜想與假設(shè):通過閱讀或觀看視頻讓學(xué)生了解一些物理學(xué)家的觀點(diǎn)：伽利略認(rèn)為：一切物體都有合并的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)導(dǎo)致物體做圓周運(yùn)動(dòng)。開普勒認(rèn)為：行星的運(yùn)動(dòng)是由于受到了來自太陽(yáng)的類似于磁力的作用。笛卡兒認(rèn)為：在行星的周圍有旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)(以太）作用在行星上，使得行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。到了牛頓這個(gè)時(shí)代，科學(xué)家們對(duì)這一問題的認(rèn)識(shí)更進(jìn)了一步。胡克、哈雷等認(rèn)為：行星受到了太陽(yáng)對(duì)它的引力，并且證明了如果行星運(yùn)動(dòng)的軌道是圓形的，其所受的引力大小跟行星到太陽(yáng)的距離的二次方成反比。但無法證明橢圓軌道也成立。由于關(guān)于運(yùn)動(dòng)的清晰概念是在他們以后由牛頓建立的，當(dāng)時(shí)沒有這些概念，所以他們無法深入研究。牛頓認(rèn)為：使行星沿圓或橢圓運(yùn)動(dòng)，需要指向圓心或橢圓焦點(diǎn)的力，這個(gè)力就是太陽(yáng)對(duì)它的引力，并且證明了如果太陽(yáng)和行星之間的引力與距離的二次方成反比，則行星的軌道是橢圓。 不僅如此，牛頓還認(rèn)為這種引力存在于所有物體之間，從而闡述了普遍意義下的萬有引力定律。3.簡(jiǎn)化模型:行星軌道按照“圓”來處理、太陽(yáng)與行星可簡(jiǎn)化成質(zhì)點(diǎn)4.演繹與推理: 讓學(xué)生追尋牛頓的足跡，用自己的手和腦，重新“發(fā)現(xiàn)”萬有引力定律。通過學(xué)生獨(dú)立推導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理能力，同時(shí)讓學(xué)生感受探究新知的樂趣。一、太陽(yáng)對(duì)行星的引力：1、設(shè)行星的質(zhì)量為m，速度為v，行星到太陽(yáng)的距離為r，則行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，寫出行星需要的向心力表達(dá)式，并說明式中符號(hào)的物理意義。（牛二、開普勒第一定律） F=m（方向指向行星）2、行星運(yùn)動(dòng)的線速度v與周期T的關(guān)系式如何？天文觀測(cè)難以直接得到行星的速度v，但可以得到行星的公轉(zhuǎn)周期T，寫出用T表示向心力的表達(dá)式。（線速度定義式）3、如何應(yīng)用開普勒第三定律消去周期T？寫出消去周期T后向心力的表達(dá)式。（開普勒第三定律） 引導(dǎo)：這是行星需要的向心力，我們要求的是太陽(yáng)對(duì)行星的引力，這兩個(gè)力有關(guān)系嗎？4、寫出太陽(yáng)對(duì)行星的引力F與距離r的比例式，說明比例式的意義。  太陽(yáng)對(duì)不同行星的引力，與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽(yáng)間距離的二次方成反比。 通過投影展示學(xué)生推導(dǎo)過程，并讓學(xué)生代表講解、其他同學(xué)補(bǔ)充，教師點(diǎn)評(píng)。二、行星對(duì)太陽(yáng)的引力行星對(duì)太陽(yáng)的引力與太陽(yáng)的質(zhì)量M以及行星到太陽(yáng)的距離r之間又有何關(guān)系？根據(jù)什么得出的？(牛頓第三定律、太陽(yáng)與行星地位的平等性)  學(xué)生思考討論后，教師指派代表上臺(tái)講解。三、太陽(yáng)與行星間的引力概括起來有什么關(guān)系式？ 太陽(yáng)與行星間的引力大小表達(dá)式為                 ，方向                        。 學(xué)生思考討論后，總結(jié)寫出表達(dá)式。（3）、通過閱讀、討論、引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)牛頓是如何解決引力問題的三大困難（微積分、質(zhì)點(diǎn)、撇開其他天體的作用）。并讓學(xué)生談一談學(xué)習(xí)牛頓后的感想：英國(guó)著名科學(xué)家牛頓在成就面前表現(xiàn)出過人的謙虛。被人們稱為“力學(xué)之父”的牛頓，二十多歲就創(chuàng)立了微積分，發(fā)現(xiàn)了光譜，提出了萬有引力定律，但他并沒有自命不凡，也沒有把功勞歸于自己，而是謙虛地說：“如果我所見的比笛卡爾要遠(yuǎn)一點(diǎn)，那是因?yàn)檎驹诰奕说募绨蛏系木壒?。我不知道世人?duì)我怎樣看法，不過，我自己只是覺得好像在海濱玩耍的一個(gè)孩子，有時(shí)很高興地拾著一顆光滑美麗的石子，但真理的大海，還在我面前，未被發(fā)現(xiàn)?！?#160;   一個(gè)人的成功，一部分靠自己的奮斗和努力，而另一部分是靠吸取前人的經(jīng)驗(yàn)和成果。沒有一座大廈是懸在空中的，它們都有穩(wěn)固的地基，天才也是這樣。這句名言表現(xiàn)了牛頓的謙虛，但另一方面，也道出了一個(gè)真理。如果想要取得成功，千萬不能固步自封、自高自大，連牛頓這樣的偉人都稱自己是站在巨人的肩膀上，何況是我們。每個(gè)人的高度和視角都是有限的，如果不站在巨人的肩上，我們無異于井底之蛙，滿足于一角的天空，別無所見。站在巨人的肩上，不一定失去自己的高度，而得到的必是一片遼闊的天空。第三節(jié) 萬有引力定律(1) 導(dǎo)入新課:回顧太陽(yáng)與地球間的相互作用的引力公式:樹上的蘋果為什么落回地面而不是飛上天上呢?太陽(yáng)與行星間的引力和地球上物體受到的重力有什么聯(lián)系,這就是本節(jié)研究?jī)?nèi)容.(2)月-地檢驗(yàn)：這部分是本節(jié)難點(diǎn)。牛頓的思考：1、“天上的力”和“人間的力”是同一種力嗎？2、地球上物體受到的重力和地球?qū)υ虑虻牧κ峭环N力嗎？牛頓的猜想：蘋果與月球受到的引力可能是同一種力!這種力可能遵從太陽(yáng)與行星的引力規(guī)律。根據(jù)下列當(dāng)時(shí)可以測(cè)量的數(shù)據(jù)，如何證明月球受力滿足“平方反比”的關(guān)系？ 引導(dǎo)學(xué)生完成： 地表重力加速度：g = 9.8m/s2 地球半徑： R = 6400×103m 月亮周期： T = 27.3天2.36×106s 月亮軌道半徑： r 60R=3 .84×108m先求月球繞地球作圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度:若蘋果與月球受到地球的引力都滿足平方反比關(guān)系,則這兩個(gè)力產(chǎn)生的加速度也滿足平方反比d關(guān)系:實(shí)際上：結(jié)論：太陽(yáng)與行星間引力、地月間引力、地球與地面物體間力是同一種力。牛頓更大膽推測(cè)：一切物體間都存在這樣的引力。(3)萬有引力定律：理解萬有引力定律的內(nèi)容及使用條件，說清各個(gè)物理量的意義，理解定律的普遍性、相互性、獨(dú)立性、客觀性等特性。例如粗略的計(jì)算一下兩個(gè)質(zhì)量為50kg，相距0.5m的同桌之間的引力，體會(huì)一般物體間引力極小，為萬有引力常量的測(cè)定作鋪墊。(4)萬有引力常量：教師說明牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，卻沒有給出引力恒量的數(shù)值。由于一般物體間的引力非常小，用實(shí)驗(yàn)測(cè)定極其困難。直到一百多年之后，才由英國(guó)的卡文迪許用精巧的扭秤測(cè)出。展示扭秤圖片，簡(jiǎn)要說明微小放大原理。學(xué)生討論分析為什么說卡文迪許是測(cè)出地球質(zhì)量第一人。(5)學(xué)生練習(xí)，體會(huì)萬有引力定律簡(jiǎn)單應(yīng)用。 第四節(jié) 萬有引力理論的成就(1) 引入課題:提問萬有引力定律,說明其重大意義。(2) “科學(xué)真實(shí)迷人”,本部分內(nèi)容是本節(jié)第一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，可準(zhǔn)備一些氣球和乒乓球，讓學(xué)生體驗(yàn)物體在什么情況下可作為質(zhì)點(diǎn)，萬有引力定律中r的含義。引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“科學(xué)真實(shí)迷人”部分的內(nèi)容，思考問題推導(dǎo)出地球質(zhì)量的表達(dá)式，體驗(yàn)科學(xué)的神奇，同時(shí)是經(jīng)常用的一個(gè)關(guān)系式。例題：設(shè)地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半徑R =6.4×106m，引力常量G=6.67×10-11 Nm2/kg2，試估算地球的質(zhì)量。解析：若已知天體的半徑為和該天體表面的重力加速度，則有 解得天體的質(zhì)量為 。(3)計(jì)算天體的質(zhì)量,這是本節(jié)第二個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容.教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“天體質(zhì)量的計(jì)算”部分的內(nèi)容，同時(shí)得出應(yīng)用萬有引力定律求解天體質(zhì)量的基本思路是：根據(jù)環(huán)繞天體的運(yùn)動(dòng)情況，求出其向心加速度，然后根據(jù)萬有引力充當(dāng)向心力，進(jìn)而列方程求解. 教師畫圖分析,明確各物理量意義,比如M、m及R、r，這是易混點(diǎn)，一定要明確。以月球繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，求地球質(zhì)量為例有 需要條件：月球線速度v；月球軌道半徑。有 需要條件：月球角速度；月球軌道半徑。有 需要條件：月球公轉(zhuǎn)周期T；月球軌道半徑。學(xué)生討論比較得到結(jié)論：上面三式中，因?yàn)榫€速度與角速度實(shí)際操作中不好測(cè)量，周期好測(cè)，所以我們用得最多的公式將會(huì)是第三個(gè)。教師點(diǎn)撥：計(jì)算的是中心天體的質(zhì)量，不能計(jì)算環(huán)繞天體的質(zhì)量。其中r為環(huán)繞天體的軌道半徑、T為公轉(zhuǎn)周期不是自轉(zhuǎn)周期。（3）求天體密度教師稍加提示由學(xué)生自行推導(dǎo)計(jì)算，我們近似把中心天體看作球體,設(shè)中心天體的半徑為, 球體的體積公式,由上面方法求得中心天體的質(zhì)量為后代入密度公式 即可。補(bǔ)充下面例題，體會(huì)特殊條件下的應(yīng)用。例題、一艘宇宙飛船繞一個(gè)不知名的、半徑為R的行星表面飛行，環(huán)繞一周飛行時(shí)間為T.求該行星的質(zhì)量和平均密度. 答案：=（4）、發(fā)現(xiàn)未知天體通過閱讀、視頻播放、討論交流讓學(xué)生體會(huì)萬有引力對(duì)研究天體運(yùn)動(dòng)有著重要的意義，體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)未知天體是萬有引力理論威力和價(jià)值的最生動(dòng)例證。（雙星問題），從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的情感。第五節(jié) 宇宙航行（1）引入課題播放視頻：人造衛(wèi)星在圓形軌道上的運(yùn)行。提出問題：拋出的石頭會(huì)落地，為什么衛(wèi)星、月亮沒有落下來？衛(wèi)星、月亮沒有落下來必須具備什么條件？（2）人造地球衛(wèi)星明確衛(wèi)星運(yùn)行原理無動(dòng)力飛行，引力充當(dāng)向心力，僅需要提供適當(dāng)?shù)某跛俣龋@是本章最重要原理，通過實(shí)驗(yàn)演示、動(dòng)畫演示、討論使學(xué)生真正理解。拋物演示實(shí)驗(yàn)：學(xué)生觀察落地點(diǎn)的變化，落地點(diǎn)為什么會(huì)變化？牛頓的思考與設(shè)想：拋出的速度v越大時(shí)，落地點(diǎn)越遠(yuǎn)，速度不斷增大，將會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果？牛頓根據(jù)自己的設(shè)想草擬了一幅極富創(chuàng)意的人造衛(wèi)星原理圖。牛頓的設(shè)想由于受技術(shù)條件的限制，物體不可能達(dá)到這樣的速度，但他的思想啟發(fā)了后人，我們現(xiàn)在的飛船、衛(wèi)星就利用了這個(gè)原理。動(dòng)畫展示牛頓的設(shè)想過程。引出人造地球衛(wèi)星（簡(jiǎn)稱人造衛(wèi)星）的概念，只要發(fā)射一個(gè)物體環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)和月球一樣就可以稱作“保衛(wèi)”地球的“衛(wèi)星”。（3）宇宙速度第一宇宙速度的意義、計(jì)算是高考的重點(diǎn)。（一）第一宇宙速度第一宇宙速度：物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度，叫做第一宇宙速度，又叫環(huán)繞速度。近球衛(wèi)星所受的萬有引力即在地表所受的重力，則衛(wèi)星可以做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力也可理解為重力提供向心力。從而我們求得近地衛(wèi)星的運(yùn)行速度-第一宇宙速度.練習(xí)1：若地球質(zhì)量M約為6×1024kg，地球平均半徑為6400km，則其第一宇宙速度是多少？（G=6.67×10-11N·m2/kg2）練習(xí)2：若地球表面重力加速度為g=9.8 m/s2，地球平均半徑為6400km，則其第一宇宙速度是多少？ 解析： =7.9km/s 小結(jié)：1.第一宇宙速度是發(fā)射速度中的最小值。發(fā)射速度小于該值則物體定會(huì)因“平拋”而“落地”。2.第一宇宙速度是圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度中的最大值。3、高軌道衛(wèi)星線速度更小，但發(fā)射速度更大，因?yàn)榛鸺毧朔厍驅(qū)λ囊Χ龈嗟墓?，加速末階段需要更大的速度。（可以對(duì)比火箭發(fā)射動(dòng)畫加以說明）教師提出問題，學(xué)生推導(dǎo)衛(wèi)星運(yùn)行速度： 。為加深體驗(yàn)，動(dòng)畫演示衛(wèi)星v與r關(guān)系。若航天器的（近地）發(fā)射速度大于7.9km/s而小于11.2km/s，它的軌道不再是圓而是圍繞地球運(yùn)動(dòng)的一個(gè)橢圓。速度越大，橢圓軌道越“扁”（如所示）當(dāng)發(fā)射速度達(dá)到11.2km/s時(shí)就能脫離地球的引力束縛，“離開”地球。（二）第二宇宙速度：當(dāng)物體的速度等于或大于 11.2km/s，它就會(huì)離開地球，我們把11.2km/s叫做第二宇宙速度，又叫脫離速度。（三）第三宇宙速度：在地面附近發(fā)射一個(gè)物體，要使物體掙脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系外，必須使它的速度等于或大于16.7km/s，這個(gè)速度叫做第三宇宙速度。第二宇宙速度、第三宇宙速度屬于了解內(nèi)容，不要花太多時(shí)間。（4）飛出地球：通過閱讀、視頻播放、討論交流讓學(xué)生體驗(yàn)人類飛天夢(mèng)想實(shí)現(xiàn)過程，特別是神舟飛船、嫦娥二號(hào)。讓學(xué)生充分體驗(yàn)航天活動(dòng)是一項(xiàng)高頂尖的事業(yè)，正改變著我們的生活。從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)，熱愛科學(xué)的激情，增強(qiáng)學(xué)生民族自信心和自豪感。（5）加強(qiáng)練習(xí)，鞏固兩條思路。第六節(jié) 經(jīng)典力學(xué)的局限性本節(jié)屬于介紹性的內(nèi)容，在山東省物理學(xué)科內(nèi)容調(diào)整意見中定為閱讀內(nèi)容。（1）提出問題：1、速度有無極限。2、微觀粒子的行為與宏觀物體是否遵循相同的規(guī)律。3、時(shí)間和空間是否是絕對(duì)一成不變的。4、牛頓建立的經(jīng)典力學(xué)已相當(dāng)完善，愛因斯坦為什么還要提出相對(duì)論。相對(duì)論是否全盤否定了牛頓的經(jīng)典力學(xué)理論。（2）伽利略相對(duì)性原理:在彼此作勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性系中，一切力學(xué)現(xiàn)象都具有相同的規(guī)律。一切彼此作勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性系,對(duì)于描述物理規(guī)律都是等價(jià)的?；蛟谒袘T性系中,物理規(guī)律都具有相同的形式。（3）狹義相對(duì)論的基本原理1、相對(duì)時(shí)間狹義相對(duì)論認(rèn)為時(shí)間不是絕對(duì)的（即固定不變的）。愛因斯坦指出，隨著物體（觀察者所見到的）線性運(yùn)動(dòng)速度的加快，時(shí)間會(huì)變慢。使用同步原子鐘已證實(shí)了這個(gè)結(jié)論的正確性，將一個(gè)鐘表留在地面上，而攜帶另一個(gè)以很快速度移動(dòng)（如在噴氣式飛機(jī)上），隨后進(jìn)行比較，靜止的鐘表總比另一個(gè)稍微快一點(diǎn)。2、相對(duì)長(zhǎng)度愛爾蘭物理學(xué)家喬治·佛茲杰拉德（18511901）提出，物質(zhì)會(huì)在運(yùn)動(dòng)的方向上收縮（縮?。@意味著根據(jù)一個(gè)靜止觀察者的觀點(diǎn)，一枚以接近光線運(yùn)行的火箭所表現(xiàn)出的長(zhǎng)度會(huì)比它靜止時(shí)更短，盡管乘坐火箭的人看來并沒有什么兩樣。愛因斯坦指出，任何物體以光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其長(zhǎng)度將會(huì)縮短為零。3、相對(duì)質(zhì)量物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量與靜止質(zhì)量的關(guān)系4、光速不變?cè)韺?duì)任何慣性系,在真空中沿任意方向傳播的光速都相同,且與光源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。即誰測(cè)真空中的光速都是c,與慣性系的選擇及光源無關(guān)。（4）從宏觀到微觀經(jīng)典力學(xué)一般不適用于微觀粒子，20世紀(jì)20年代建立了量子力學(xué)，它能夠正確地描述微觀粒子的規(guī)律性。相對(duì)論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，說明人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)更深入，而不表示經(jīng)典力學(xué)失去意義，只是使人們認(rèn)識(shí)到經(jīng)典力學(xué)有它的適用范圍：只適用低速，不適用于高速；只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界。（5）從弱引力到強(qiáng)引力 了解弱相互力和強(qiáng)相互作用力五、教學(xué)資源閱讀材料、視頻材料、多媒體、實(shí)驗(yàn)器材。六、課時(shí)結(jié)構(gòu)第一節(jié) 行星的運(yùn)動(dòng)：1課時(shí)第二節(jié) 太陽(yáng)和星的引力：1課時(shí)第三節(jié) 萬有引力定律：1課時(shí)第四節(jié) 萬有引力理論的成就：2課時(shí)第五節(jié) 宇宙航行：2課時(shí)第六節(jié) 經(jīng)典力學(xué)的局限性：1課時(shí)