課題《第六章 萬有引力與航天》 單元教學設計

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1、 課題：《第六章： 萬有引力與航天》 單元教學設計 聊城市外國語學校 郝書香 一、任務分析 1、課程標準： （1）通過有關事實了解萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程。知道萬有引力定律。認識發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的重要意義，體會科學定律對人類探索未知世界的作用。 （2）會計算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。 （3）初步了解經典時空觀和相對論時空觀，知道相對論對人類認識世界的影響。 （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，體會量子論的建立深化了人類對于物質世界的認識。 （5）通過實例，了解經典

2、力學的發(fā)展歷程和偉大成就，體會經典力學創(chuàng)立的價值與意義，認識經典力學的實用范圍和局限性。 （6）體會科學研究方法對人們認識自然的重要作用。舉例說明物理學的進展對于自然科學的促進作用。 高考說明解讀：萬有引力定律及其應用、環(huán)繞速度Ⅱ級要求，第二宇宙速度、第三宇宙速度Ⅰ級要求。一級與了解、認識相當，二級與理解、應用相當。 初中教材：未有涉及 各版本教材分析：相互借鑒、去長補短、對教學很有幫助。 上海科教版：安排了兩章，第五章，萬有引力與航天，側重于規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程、物理學史及航天事業(yè)的學習。第六章，經典力學與現(xiàn)代物理，側重于現(xiàn)代物理學的了解與認識。 山東科技版：安排了兩章，第五章，萬有引

3、力定律及其應用，側重于章節(jié)引入，規(guī)律簡介、應用及物理學史、航天事業(yè)的學習。第六章，相對論與量子論初步，側重于現(xiàn)代物理學的了解與認識。 人教版：兼顧二者。 2、本單元在教材中的地位作用及主要內容 本章主要知識是萬有引力定律及其在天體運動中的應用，重點是第一宇宙速度、衛(wèi)星線速度、角速度、周期等的計算、比較。本章是勻速圓周運動、牛頓定律的進一步應用，在高考中占一定的分數(shù)。除知識外，本章內容是對學生進行“過程與方法、情感、態(tài)度與價值觀”教育的好機會，讓學生充分體會“人類對行星運動規(guī)律的認識過程和牛頓建立萬有引力定律的過程”，讓學生充分體驗托勒密、哥白尼、第谷、開普勒、布魯諾、伽利略等物理學家堅持

4、真理、勇于創(chuàng)新和實事求是的科學態(tài)度、科學精神和科學思維方法（求真、求簡、求美）,讓學生充分感知航天活動是一項高頂尖的事業(yè)，正改變著我們的生活及正確評價經典力學。 3、學習本單元所需要的基礎知識: （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、橢圓知識等數(shù)學知識和運算技能 4、學校、學生情況分析: 學生對天體運動的研究缺乏觀察的條件，對科學家的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明、創(chuàng)造內容的了解不夠系統(tǒng)和準確。指導學生根據(jù)牛頓第二定律、圓周運動的相關知識理論推導萬有引力定律及其應用，學生基本能做到。 二、教學目標 知識與技能： 1、知

5、道開普勒行星運動三定律，了解開普勒第三定律中K值的大小只與中心天體有關，了解開普勒行星運動三定律的發(fā)現(xiàn)過程。 2、能根據(jù)開普勒行星運動定律和牛頓定律推導出太陽與行星間的引力表達式，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上的重要應用，會用萬有引力定律計算天體質量等問題，理解并運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)星的運行原理，會運用萬有引力定律和圓周運動公式分析解答有關衛(wèi)星運行的原因；知道三個宇宙速度的含義和數(shù)值，會推導第一宇宙速度；簡單了解航天發(fā)展史，能用所學知識求解衛(wèi)星基本問

6、題。 6、了解經典力學的發(fā)展歷程和偉大成就，認識經典力學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、教師點撥讓學生充分體會“人類對行星運動規(guī)律的認識過程”，讓學生充分體驗托勒密、哥白尼、第谷、開普勒、布魯諾、伽利略等物理學家堅持真理、勇于創(chuàng)新和實事求是的科學態(tài)度、科學精神和科學思維方法（求真、求簡、求美）。 2、根據(jù)科學探究（提出問題、猜想與假設、簡化模型、演繹與推理）的思 路，推導太陽與行星間的引力公式，體會邏輯推理在物理學中的重要性；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家對太陽與行星引力的說法． 3、通過“月地檢驗”，讓學生解放思想、大膽猜想

7、，總結出萬有引力定律。 4、通過萬有引力定律推導出計算天體質量的公式；培養(yǎng)學生在處理實際問題時構建物理模型的能力；培養(yǎng)學生分析、歸納、推導、總結運用萬有引力定律處理天體問題時的思路和方法。 5、通過閱讀、觀看視頻、討論交流、教師點撥讓學生充分體驗航天活動是一項高頂尖的事業(yè)，正改變著我們的生活。 6、通過閱讀課文讓學生體會一切科學都有自己的局限性，新的理論會不斷完善和補充舊的理論，人類對科學的認識是無止境的。 情感、態(tài)度與價值觀： 1、澄清對天體運動神秘模糊的認識，掌握人類認識自然規(guī)律的科學思想（求真、求簡、求美），感悟科學是人類進步不竭的動力。 2、體會萬有引力定律在人類認識自然界

8、奧秘中的巨大作用，讓學生懂得理論來源于實踐，反過來又可以指導實踐的辯證唯物主義觀點。 3、由人類對天體運動的探索過程，培養(yǎng)學生尊重客觀事實，實事求是的科學態(tài)度，讓學生認識到科學的想像力建立在對事物長期深入的觀察、實驗、抽象、歸納基礎之上，形成提出問題、猜想與假設、簡化模型、演繹與推理的科學思維方法。 4、學習物理學家堅持真理、勇于創(chuàng)新與不惜生命代價的科學態(tài)度、科學精神。 5、介紹我國航天事業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，激發(fā)學習科學，熱愛科學的激情，增強民族自信心和自豪感。 6、通過對牛頓力學適用范圍的討論，使學生知道物理中的結論和規(guī)律一般都有其適用范圍，認識知識的變化性和無窮性，培養(yǎng)獻身于科學的時代精

9、神。 三、重點難點 重點：人類對行星規(guī)律的認識，開普勒三定律的內容，萬有引力定律的內容、表達式及應用，第一宇宙速度的推導。 難點：人類對行星規(guī)律的認識，對開普勒三定律的內容的理解，牛頓解決引力問題的三大困難，理論探究行星與太陽的引力表達式，月地檢驗和萬有引力定律的應用，萬有引力、重力、向心力的區(qū)別與聯(lián)系，人造衛(wèi)星運轉的環(huán)行速度與衛(wèi)星發(fā)射速度的區(qū)別。 關鍵點：對靜止在地面的物體來說，萬有引力等于重力；對環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星、宇宙飛船來說，萬有引力充當向心力。 四、策略方法 教學理念： 1、通過閱讀、觀看視頻、討論交流、教師點撥讓學生充分了解科學史、掌握科學研究思維方法，學習

10、科學家求真、求簡、求美的科學思想，提高全體學生的科學素養(yǎng)。 2、體現(xiàn)課程的時代性，加強與生活、科技與社會的聯(lián)系，整合豐富的課程資源，提高學生的愛國意識和愛國情懷。 3、想辦法解放學生的腦、眼睛、手、嘴、時間、空間讓學生有充足的時間、自由的空間來動腦思考、觀察分析、體驗探究、交流合作，采用自主、小組合作、探究、搶答等多種教學方式，提高教學的效益（三維目標）、效果（全體學生）、效率（針對教師與學生的投入），為學生生命的發(fā)展奠定基礎，為學生的終身發(fā)展負責。 具體教學策略： 第一節(jié) 行星的運動 按山東省普通高中物理學科教學內容調整意見，開普勒行星運動三定律只要求初步了解。 （1）引入課

11、題：詩歌朗誦《天問》，有多層寓意：強化物理學的人文性，激發(fā)學生對愛國詩人屈原的熱愛，喚起學生對真理的向往、追求，期待學生為脫離庸俗、走向崇高有不惜生命代價的革命精神。 （2）通過閱讀、觀看視頻、討論交流、教師點撥讓學生充分體會地心說與日心說的基本觀點、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)學工具去研究和證明,開創(chuàng)了構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體自然觀,以及自然研究中應

12、用數(shù)學工具的習慣?！? 托勒密主張“地心說”，學說的提出與基督教中關于天堂、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，維護自己的統(tǒng)治。因而“地心學”說被教會奉為和《圣經》一樣的經典，長期居于統(tǒng)治地位。 隨著事物的不斷發(fā)展，天文觀測的精確度漸漸提高，人們逐漸發(fā)現(xiàn)了地心學說的破綻。到文藝復興運動時期，人們發(fā)現(xiàn)托勒密所提出的均輪和本輪的數(shù)目竟多達八十個左右，這顯然是不合理、不科學的。人們期待著能有一種科學的天體系統(tǒng)取代地心說。在這種歷史背景下，哥白尼的地動學說應運而生了。哥白尼的日心宇宙體系是時代的產物，它受到時代的限制。反

13、對神學的不徹底性，同時表現(xiàn)在哥白尼的某些觀點上，他的體系是存在缺陷的。哥白尼所指的宇宙是局限在一個小的范圍內的，具體來說，他的宇宙結構就是今天我們所熟知的太陽系，即以太陽為中心的天體系統(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問題，但實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動，所以哥白尼的宇宙體系，仍然包含著不動的中心天體。但是作為近代自然科學的奠基人，哥白尼的歷史功績是偉大的。確認地球不是宇宙的中心，而是行星之一，從而掀起了一場天文學上根本性的革命，是人類探求客觀真理道路上的

14、里程碑。 哥白尼的偉大成就，不僅鋪平了通向近代天文學的道路，而且開創(chuàng)了整個自然界科學向前邁進的新時代。從哥白尼時代起，脫離教會束縛的自然科學和哲學開始獲得飛躍的發(fā)展。 中世紀的歐洲，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”，就會受到教會的嚴厲制裁。1543年，波蘭天文學家哥白尼臨終前終于發(fā)表了《天體運行論》，完整地提出了“日心說”理論。然而這部偉大著作的出版卻經歷了一個艱難而曲折的過程，直到彌留之際，哥白尼才終于見到剛剛出版的《天體運行論》。意大利思想家布魯諾，因維護“日心說”觸怒了教廷。1592年，羅馬教徒把他誘騙回國。布魯諾被處以火刑，他向圍觀的人們莊嚴地宣

15、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家伽利略，也因為支持“日心說”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動。”伽利略在生命的最后一刻仍然沒有放棄自己所堅持的“日心說”。直到1882年，羅馬教皇不得不承認哥白尼的學說是正確的，這個光輝的學說經過三個世紀的艱苦斗爭終于獲得了完全勝利?！叭招恼f”最終戰(zhàn)勝了“地心說”。 （3）開普勒行星運動三定律建立過程： 第谷在天文歷史上以觀測精密而著稱，是一個善于“看”的人。清醒地知道要認識行星運動的規(guī)律，積累高度精確測量數(shù)據(jù)的重要性，并身體力行地測出了大量的原始精確的

16、數(shù)據(jù)。第谷卻提倡地心說，并試圖改進它，未能接受哥白尼的日心說。在他的地心說里，行星繞著太陽轉，而太陽又繞著地球轉。但是，第谷堅持不懈，一絲不茍地進行科學觀察的精神，將永遠地載入科學史冊；他本身取得的巨大成就和留給開普勒的大量資料，推動了天文學向近代科學發(fā)展。第谷這種對現(xiàn)象和事實進行準確觀察和記錄的精神，是現(xiàn)代科學思想的典范?？茖W上最重要的是對真實世界詳盡、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、可靠的事實。如果不能創(chuàng)新和突破，就認真地積累真實的資料。 開普勒定律在天文學上有十分重大的意義： 　　

17、首先，開普勒定律在科學思想上表現(xiàn)出無比勇敢的創(chuàng)造精神。遠在哥白尼創(chuàng)立日心宇宙體系之前，許多學者對于天動地靜的觀念就提出過不同見解。但對天體遵循完美的均勻圓周運動這一觀念，從未有人敢懷疑。開普勒卻毅然否定了它。這是個非常大膽的創(chuàng)見。哥白尼知道幾個圓合并起來就可以產生橢圓，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謹。哥白尼拋棄古希臘人的一個先入之見，即天與地的本質差別，獲得一個簡單得多的體系。但它仍須用三十幾個圓周來解釋天體的表觀運動。

18、開普勒卻找到最簡單的世界體系，只用七個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單而精確地推算行星的運動。 　　第三，開普勒定律使人們對行星運動的認識得到明晰概念。它證明行星世界是一個勻稱的（即開普勒所說的“和諧”）系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的中心天體是太陽，受來自太陽的某種統(tǒng)一力量所支配。太陽位于每個行星軌道的焦點之一。行星公轉周期決定于各個行星與太陽的距離，與質量無關。而在哥白尼體系中，太陽雖然居于宇宙“中心”，卻并不扮演這個角色，因為沒有一個行星的軌道中心是同太陽相重合的。 由于利用前人進行的科學實驗和記錄下來的數(shù)據(jù)而作出科學發(fā)現(xiàn)，在科學史上是不少的。但像行星運動定律的發(fā)現(xiàn)那

19、樣，從第谷的20余年辛勤觀測到開普勒長期的精心推算，道路如此艱難，成果如此輝煌的科學合作，則是罕見的。這一切都是在沒有望遠鏡的條件下得到的！ （4）開普勒行星運動三定律的內容、理解和應用： 1．軌道定律，因為數(shù)學知識不足學生對橢圓特點理解不透，這是本節(jié)難點。準備木板、白紙、圖釘、細線、鉛筆讓學生分組體驗橢圓的形狀及太陽在橢圓的一個焦點上。 2、面積定律，動畫演示。學生根據(jù)面積定律分析行星經過軌道上的不同位置時，尤其近日點、遠日點線速度一樣嗎？如何改變？還可以嘗試讓學生從計算角度分析。 3、周期定律 多媒體展示太陽系八大行星的平均軌道半徑與周期的數(shù)據(jù)，讓學生動手計算K值，進行比較，

20、體會半徑越大周期越大，比值不變，與行星無關。按調整意見，計算不做要求。 4、圓周運動近似： 出示八大行星軌道圖，使學生對多數(shù)行星的軌道與圓十分接近有一個感性認識．抓住本質因素，忽略次要因素，將復雜的橢圓運動轉化為熟悉簡單的勻速圓周運動處理，讓學生再次體會這一科學的思想方法，也為后面學習萬有引力定律打下基礎。 （5）練習與作業(yè)：開放性作業(yè)：收集、觀看有關上述物理學家的資料，對自己觸動最大的寫一篇感想論文。 第二節(jié) 太陽與行星間的引力 （1）引入課題：復習引入 （2）太陽與行星間的引力的推導是本節(jié)的重點、難點，引導學生根據(jù)科學探究思路進行: 1.提出問題:為甚麼行星圍繞太陽運動？

21、 2.猜想與假設:通過閱讀或觀看視頻讓學生了解一些物理學家的觀點： 伽利略認為：一切物體都有合并的趨勢，這種趨勢導致物體做圓周運動。 開普勒認為：行星的運動是由于受到了來自太陽的類似于磁力的作用。 笛卡兒認為：在行星的周圍有旋轉的物質(以太）作用在行星上，使得行星繞太陽運動。 到了牛頓這個時代，科學家們對這一問題的認識更進了一步。 胡克、哈雷等認為：行星受到了太陽對它的引力，并且證明了如果行星運動的軌道是圓形的，其所受的引力大小跟行星到太陽的距離的二次方成反比。但無法證明橢圓軌道也成立。由于關于運動的清晰概念是在他們以后由牛頓建立的，當時沒有這些概念，所以他們無法深入研究。 牛頓

22、認為：使行星沿圓或橢圓運動，需要指向圓心或橢圓焦點的力，這個力就是太陽對它的引力，并且證明了如果太陽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.簡化模型:行星軌道按照“圓”來處理、太陽與行星可簡化成質點 4.演繹與推理: 讓學生追尋牛頓的足跡，用自己的手和腦，重新“發(fā)現(xiàn)”萬有引力定律。通過學生獨立推導，培養(yǎng)學生邏輯推理能力，同時讓學生感受探究新知的樂趣。 一、太陽對行星的引力： 1、設行星的質量為m，速度為v，行星到太陽的距離為r，則行星繞太陽做勻速圓周運動，寫出行星需要的

23、向心力表達式，并說明式中符號的物理意義。（牛二、開普勒第一定律） F=m（方向指向行星） 2、行星運動的線速度v與周期T的關系式如何？天文觀測難以直接得到行星的速度v，但可以得到行星的公轉周期T，寫出用T表示向心力的表達式。（線速度定義式） 3、如何應用開普勒第三定律消去周期T？寫出消去周期T后向心力的表達式。（開普勒第三定律） ?引導：這是行星需要的向心力，我們要求的是太陽對行星的引力，這兩個力有關系嗎？ 4、寫出太陽對行星的引力F與距離r的比例式，說明比例式的意義。? 太陽對不同行星的引力，與行星的質量成正比，與行星和太陽間距離的二次方成反比。

24、 通過投影展示學生推導過程，并讓學生代表講解、其他同學補充，教師點評。 二、行星對太陽的引力 行星對太陽的引力與太陽的質量M以及行星到太陽的距離r之間又有何關系？根據(jù)什么得出的？(牛頓第三定律、太陽與行星地位的平等性) ?學生思考討論后，教師指派代表上臺講解。 三、太陽與行星間的引力概括起來有什么關系式？ ?太陽與行星間的引力大小表達式為???????????????? ，方向??????????????????????? 。 ?學生思考討論后，總結寫出表達式。 （3）、通過閱讀、討論、引導學生認識牛頓是如何解決引力問題的三大困難（微積分、質點、撇開其他天體

25、的作用）。并讓學生談一談學習牛頓后的感想： 英國著名科學家牛頓在成就面前表現(xiàn)出過人的謙虛。被人們稱為“力學之父”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一點，那是因為站在巨人的肩膀上的緣故。我不知道世人對我怎樣看法，不過，我自己只是覺得好像在海濱玩耍的一個孩子，有時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)?！? ????一個人的成功，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驗和成果。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

26、表現(xiàn)了牛頓的謙虛，但另一方面，也道出了一個真理。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) 導入新課: 回顧太陽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)研究內容. (2)月-地檢驗：這部分是本節(jié)難點。 牛頓的思考： 1、“天上

27、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對月球的力是同一種力嗎？ 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與行星的引力規(guī)律。 根據(jù)下列當時可以測量的數(shù)據(jù)，如何證明月球受力滿足“平方反比”的關系？ 引導學生完成： 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動的向心加速度:

28、 若蘋果與月球受到地球的引力都滿足平方反比關系,則這兩個力產生的加速度也滿足平方反比d關系: 實際上： 結論：太陽與行星間引力、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：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容及使用條件，說清各個物理量的意義，理解定律的普遍性、相互性、獨立性、客觀性等特性。例如粗略的計算一下兩個質量為50kg，相距0.5m的同桌之間的引力，體會一般物體間引力極小，為萬有引力常量的測定作鋪墊。 (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，用實驗測定

29、極其困難。直到一百多年之后，才由英國的卡文迪許用精巧的扭秤測出。展示扭秤圖片，簡要說明微小放大原理。學生討論分析為什么說卡文迪許是測出地球質量第一人。 (5)學生練習，體會萬有引力定律簡單應用。 ?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) “科學真實迷人”,本部分內容是本節(jié)第一個重點內容，可準備一些氣球和乒乓球，讓學生體驗物體在什么情況下可作為質點，萬有引力定律中r的含義。 引導學生閱讀教材“科學真實迷人”部分的內容，思考問題 推導出地球質量的表達式，體驗科學的神奇，同時是經常用的一個關系式。 例題：設地面附近的重力加速度g=9.8

30、m/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 解得天體的質量為 。 (3)計算天體的質量,這是本節(jié)第二個重點內容. 教師引導學生閱讀教材“天體質量的計算”部分的內容，同時得出應用萬有引力定律求解天體質量的基本思路是：根據(jù)環(huán)繞天體的運動情況，求出其向心加速度，然后根據(jù)萬有引力充當向心力，進而列方程求解. 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，一定要明確。 以月球繞地球做勻速圓周運動，求地球質量為例 有

31、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ω；月球軌道半徑。 有 需要條件：月球公轉周期T；月球軌道半徑。 學生討論比較得到結論： 上面三式中，因為線速度與角速度實際操作中不好測量，周期好測，所以我們用得最多的公式將會是第三個。 教師點撥：計算的是中心天體的質量，不能計算環(huán)繞天體的質量。其中r為環(huán)繞天體的軌道半徑、T為公轉周期不是自轉周期。 （3）求天體密度 教師稍加提示由學生自行推導計算，我們近似把中心天體看作球體,,設中心天體的半徑為, 球體的體積公式,由上面方法求得中心天體的質量為后代入密度公式 即可。補充下面例題，體會特殊條件下的應用。 例題

32、、一艘宇宙飛船繞一個不知名的、半徑為R的行星表面飛行，環(huán)繞一周飛行時間為T.求該行星的質量和平均密度. 答案：ρ= （4）、發(fā)現(xiàn)未知天體 通過閱讀、視頻播放、討論交流讓學生體會萬有引力對研究天體運動有著重要的意義，體驗發(fā)現(xiàn)未知天體是萬有引力理論威力和價值的最生動例證。（雙星問題），從而激發(fā)學生學習物理的情感。 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行。 提出問題：拋出的石頭會落地，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)星運行原理——無動力飛行，引力充當向心力，僅需要提供適當?shù)某跛俣龋@

33、是本章最重要原理，通過實驗演示、動畫演示、討論使學生真正理解。 拋物演示實驗：學生觀察落地點的變化，落地點為什么會變化？ 牛頓的思考與設想： 拋出的速度v越大時，落地點越遠，速度不斷增大，將會出現(xiàn)什么結果？ 牛頓根據(jù)自己的設想草擬了一幅極富創(chuàng)意的人造衛(wèi)星原理圖。 牛頓的設想由于受技術條件的限制，物體不可能達到這樣的速度，但他的思想啟發(fā)了后人，我們現(xiàn)在的飛船、衛(wèi)星就利用了這個原理。動畫展示牛頓的設想過程。 引出人造地球衛(wèi)星（簡稱人造衛(wèi)星）的概念，只要發(fā)射一個物體環(huán)繞地球運動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、計算是高考的重點。

34、（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動的速度，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)星可以做圓周運動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)星的運行速度------第一宇宙速度. 練習1：若地球質量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： 1.第一宇宙速度是發(fā)射速

35、度中的最小值。發(fā)射速度小于該值則物體定會因“平拋”而“落地”。 2.第一宇宙速度是圍繞地球做圓周運動衛(wèi)星的運動速度中的最大值。 3、高軌道衛(wèi)星線速度更小，但發(fā)射速度更大，因為火箭須克服地球對它的引力而做更多的功，加速末階段需要更大的速度。（可以對比火箭發(fā)射動畫加以說明） 教師提出問題，學生推導 衛(wèi)星運行速度： 。 為加深體驗，動畫演示衛(wèi)星v與r關系。 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動的一個橢圓。速度越大，橢圓軌道越“扁”（如所示）當發(fā)射速度達到11.2km/s時就能脫離地球的引力

36、束縛，“離開”地球。 （二）第二宇宙速度： 當物體的速度等于或大于 11.2km/s，它就會離開地球，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)射一個物體，要使物體掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外，必須使它的速度等于或大于16.7km/s，這個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容，不要花太多時間。 （4）飛出地球：通過閱讀、視頻播放、討論交流讓學生體驗人類飛天夢想實現(xiàn)過程，特別是神舟飛船、嫦娥二號。讓學生充分體驗航天活動是一項高頂尖的事業(yè)，正改變著我們的生活。從而激發(fā)學生學習科學，熱愛科學的激情，增強學生民族

37、自信心和自豪感。 （5）加強練習，鞏固兩條思路。 第六節(jié) 經典力學的局限性 本節(jié)屬于介紹性的內容，在山東省物理學科內容調整意見中定為閱讀內容。 （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、時間和空間是否是絕對一成不變的。 4、牛頓建立的經典力學已相當完善，愛因斯坦為什么還要提出相對論。相對論是否全盤否定了牛頓的經典力學理論。 （2）伽利略相對性原理: 在彼此作勻速直線運動的慣性系中，一切力學現(xiàn)象都具有相同的規(guī)律。 一切彼此作勻速直線運動的慣性系,對于描述物理規(guī)律都是等價的?；蛟谒袘T性系中,物理規(guī)律都具有相同的形式。 （3

38、）狹義相對論的基本原理 1、相對時間 狹義相對論認為時間不是絕對的（即固定不變的）。愛因斯坦指出，隨著物體（觀察者所見到的）線性運動速度的加快，時間會變慢。使用同步原子鐘已證實了這個結論的正確性，將一個鐘表留在地面上，而攜帶另一個以很快速度移動（如在噴氣式飛機上），隨后進行比較，靜止的鐘表總比另一個稍微快一點。 2、相對長度 愛爾蘭物理學家喬治·佛茲杰拉德（1851──1901）提出，物質會在運動的方向上收縮（縮?。?，這意味著根據(jù)一個靜止觀察者的觀點，一枚以接近光線運行的火箭所表現(xiàn)出的長度會比它靜止時更短，盡管乘坐火箭的人看來并沒有什么兩樣。愛因斯坦指出，任何物體以光速運動時，其長度將

39、會縮短為零。 3、相對質量 物體運動時的質量與靜止質量的關系 4、光速不變原理 對任何慣性系,在真空中沿任意方向傳播的光速都相同,且與光源的運動狀態(tài)無關。即誰測真空中的光速都是c,與慣性系的選擇及光源無關。 （4）從宏觀到微觀 經典力學一般不適用于微觀粒子，20世紀20年代建立了量子力學，它能夠正確地描述微觀粒子的規(guī)律性。相對論和量子力學的出現(xiàn)，說明人類對自然界的認識更深入，而不表示經典力學失去意義，只是使人們認識到經典力學有它的適用范圍：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）從弱引力到強引力?了解弱相互力和強相互作用力 五、教學資源 閱讀材料、視頻材料、多媒體、實驗器材。 六、課時結構 第一節(jié) 行星的運動：1課時 第二節(jié) 太陽和星的引力：1課時 第三節(jié) 萬有引力定律：1課時 第四節(jié) 萬有引力理論的成就：2課時 第五節(jié) 宇宙航行：2課時 第六節(jié) 經典力學的局限性：1課時