高中物理第六章 万有引力与航天 单元教学设计

高中物理第六章万有引力与航天单元教学设计一、任务分析1、课程标准：（1）通过有关事实了解万有引力定律的发现过程。

知道万有引力定律。

认识发现万有引力定律的重要意义，体会科学定律对人类探索未知世界的作用。

（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宙速度。

（3）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。

（4）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。

（5）通过实例，了解经典力学的发展历程和伟大成就，体会经典力学创立的价值与意义，认识经典力学的实用范围和局限性。

（6）体会科学研究方法对人们认识自然的重要作用。

举例说明物理学的进展对于自然科学的促进作用。

高考说明解读：万有引力定律及其应用、环绕速度Ⅱ级要求，第二宇宙速度、第三宇宙速度Ⅰ级要求。

一级与了解、认识相当，二级与理解、应用相当。

初中教材：未有涉及各版本教材分析：相互借鉴、去长补短、对教学很有帮助。

上海科教版：安排了两章，第五章，万有引力与航天，侧重于规律的发现过程、物理学史及航天事业的学习。

第六章，经典力学与现代物理，侧重于现代物理学的了解与认识。

山东科技版：安排了两章，第五章，万有引力定律及其应用，侧重于章节引入，规律简介、应用及物理学史、航天事业的学习。

第六章，相对论与量子论初步，侧重于现代物理学的了解与认识。

人教版：兼顾二者。

2、本单元在教材中的地位作用及主要内容本章主要知识是万有引力定律及其在天体运动中的应用，重点是第一宇宙速度、卫星线速度、角速度、周期等的计算、比较。

本章是匀速圆周运动、牛顿定律的进一步应用，在高考中占一定的分数。

除知识外，本章内容是对学生进行“过程与方法、情感、态度与价值观”教育的好机会，让学生充分体会“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”，让学生充分体验托勒密、哥白尼、第谷、开普勒、布鲁诺、伽利略等物理学家坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度、科学精神和科学思维方法（求真、求简、求美）,让学生充分感知航天活动是一项高顶尖的事业，正改变着我们的生活及正确评价经典力学。

3、学习本单元所需要的基础知识:（1）基本概念、基本规律、基本技能、基本思想角速度、线速度、向心力、向心加速度、牛顿第二定律（2）球体体积公式、椭圆知识等数学知识和运算技能4、学校、学生情况分析:学生对天体运动的研究缺乏观察的条件，对科学家的发现、发明、创造内容的了解不够系统和准确。

指导学生根据牛顿第二定律、圆周运动的相关知识理论推导万有引力定律及其应用，学生基本能做到。

二、教学目标知识与技能：1、知道开普勒行星运动三定律，了解开普勒第三定律中K值的大小只与中心天体有关，了解开普勒行星运动三定律的发现过程。

2、能根据开普勒行星运动定律和牛顿定律推导出太阳与行星间的引力表达式，了解万有引力定律的发现过程。

3、知道万有引力定律，知道半径的物理意义，引力常数的大小和意义。

4、了解万有引力定律在天文学上的重要应用，会用万有引力定律计算天体质量等问题，理解并运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法。

5、知道人造地球卫星的运行原理，会运用万有引力定律和圆周运动公式分析解答有关卫星运行的原因；知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度；简单了解航天发展史，能用所学知识求解卫星基本问题。

6、了解经典力学的发展历程和伟大成就，认识经典力学的局限性和适用范围。

过程与方法：1、通过阅读、观看视频、讨论交流、教师点拨让学生充分体会“人类对行星运动规律的认识过程”，让学生充分体验托勒密、哥白尼、第谷、开普勒、布鲁诺、伽利略等物理学家坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度、科学精神和科学思维方法（求真、求简、求美）。

2、根据科学探究（提出问题、猜想与假设、简化模型、演绎与推理）的思路，推导太阳与行星间的引力公式，体会逻辑推理在物理学中的重要性；了解牛顿发现万有引力定律的三大困难及不同物理学家对太阳与行星引力的说法．3、通过“月地检验”，让学生解放思想、大胆猜想，总结出万有引力定律。

4、通过万有引力定律推导出计算天体质量的公式；培养学生在处理实际问题时构建物理模型的能力；培养学生分析、归纳、推导、总结运用万有引力定律处理天体问题时的思路和方法。

5、通过阅读、观看视频、讨论交流、教师点拨让学生充分体验航天活动是一项高顶尖的事业，正改变着我们的生活。

6、通过阅读课文让学生体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完善和补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的。

情感、态度与价值观：1、澄清对天体运动神秘模糊的认识，掌握人类认识自然规律的科学思想（求真、求简、求美），感悟科学是人类进步不竭的动力。

2、体会万有引力定律在人类认识自然界奥秘中的巨大作用，让学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辩证唯物主义观点。

3、由人类对天体运动的探索过程，培养学生尊重客观事实，实事求是的科学态度，让学生认识到科学的想像力建立在对事物长期深入的观察、实验、抽象、归纳基础之上，形成提出问题、猜想与假设、简化模型、演绎与推理的科学思维方法。

4、学习物理学家坚持真理、勇于创新与不惜生命代价的科学态度、科学精神。

5、介绍我国航天事业的发展现状，激发学习科学，热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感。

6、通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。

三、重点难点重点：人类对行星规律的认识，开普勒三定律的内容，万有引力定律的内容、表达式及应用，第一宇宙速度的推导。

难点：人类对行星规律的认识，对开普勒三定律的内容的理解，牛顿解决引力问题的三大困难，理论探究行星与太阳的引力表达式，月地检验和万有引力定律的应用，万有引力、重力、向心力的区别与联系，人造卫星运转的环行速度与卫星发射速度的区别。

关键点：对静止在地面的物体来说，万有引力等于重力；对环绕地球做匀速圆周运动的卫星、宇宙飞船来说，万有引力充当向心力。

四、策略方法教学理念：1、通过阅读、观看视频、讨论交流、教师点拨让学生充分了解科学史、掌握科学研究思维方法，学习科学家求真、求简、求美的科学思想，提高全体学生的科学素养。

2、体现课程的时代性，加强与生活、科技与社会的联系，整合丰富的课程资源，提高学生的爱国意识和爱国情怀。

3、想办法解放学生的脑、眼睛、手、嘴、时间、空间让学生有充足的时间、自由的空间来动脑思考、观察分析、体验探究、交流合作，采用自主、小组合作、探究、抢答等多种教学方式，提高教学的效益（三维目标）、效果（全体学生）、效率（针对教师与学生的投入），为学生生命的发展奠定基础，为学生的终身发展负责。

具体教学策略：第一节行星的运动按山东省普通高中物理学科教学内容调整意见，开普勒行星运动三定律只要求初步了解。

（1）引入课题：诗歌朗诵《天问》，有多层寓意：强化物理学的人文性，激发学生对爱国诗人屈原的热爱，唤起学生对真理的向往、追求，期待学生为脱离庸俗、走向崇高有不惜生命代价的革命精神。

（2）通过阅读、观看视频、讨论交流、教师点拨让学生充分体会地心说与日心说的基本观点、历史意义、日心说战胜地心说的艰难历程及日心说的局限性。

地心说,是世界上第一个行星体系模型,是世界上最早的假说—演绎体系。

在建立理论的过程中,自始至终使用数学工具去研究和证明,开创了构建精确性理论的先河。

在地心说占统治地位的上千年间,由于地心说的统治地位和广泛影响,它塑造了西方人的分析式的思维方式,和不包含伦理观的实体自然观,以及自然研究中应用数学工具的习惯。

托勒密主张“地心说”，学说的提出与基督教中关于天堂、人间、地狱的说法刚好互相吻合，处于统治地位的教廷便竭力支持地心学说，把“地心说”和上帝创造世界融为一体，用来愚弄人们，维护自己的统治。

因而“地心学”说被教会奉为和《圣经》一样的经典，长期居于统治地位。

随着事物的不断发展，天文观测的精确度渐渐提高，人们逐渐发现了地心学说的破绽。

到文艺复兴运动时期，人们发现托勒密所提出的均轮和本轮的数目竟多达八十个左右，这显然是不合理、不科学的。

人们期待着能有一种科学的天体系统取代地心说。

在这种历史背景下，哥白尼的地动学说应运而生了。

哥白尼的日心宇宙体系是时代的产物，它受到时代的限制。

反对神学的不彻底性，同时表现在哥白尼的某些观点上，他的体系是存在缺陷的。

哥白尼所指的宇宙是局限在一个小的范围内的，具体来说，他的宇宙结构就是今天我们所熟知的太阳系，即以太阳为中心的天体系统。

宇宙既然有它的中心，就必须有它的边界，哥白尼虽然否定了地心说，但他却保留了一层恒星天，尽管他回避了宇宙是否有限这个问题，但实际上他是相信恒星天球是宇宙的“外壳”，他仍然相信天体只能按照所谓完美的圆形轨道运动，所以哥白尼的宇宙体系，仍然包含着不动的中心天体。

但是作为近代自然科学的奠基人，哥白尼的历史功绩是伟大的。

确认地球不是宇宙的中心，而是行星之一，从而掀起了一场天文学上根本性的革命，是人类探求客观真理道路上的里程碑。

哥白尼的伟大成就，不仅铺平了通向近代天文学的道路，而且开创了整个自然界科学向前迈进的新时代。

从哥白尼时代起，脱离教会束缚的自然科学和哲学开始获得飞跃的发展。

中世纪的欧洲，托勒密、亚里士多德的“地心说”一直占有统治地位。

如果有谁怀疑“地心说”，就会受到教会的严厉制裁。

1543年，波兰天文学家哥白尼临终前终于发表了《天体运行论》，完整地提出了“日心说”理论。

然而这部伟大著作的出版却经历了一个艰难而曲折的过程，直到弥留之际，哥白尼才终于见到刚刚出版的《天体运行论》。

意大利思想家布鲁诺，因维护“日心说”触怒了教廷。

1592年，罗马教徒把他诱骗回国。

布鲁诺被处以火刑，他向围观的人们庄严地宣布：“黑暗即将过去，黎明即将来临，真理终将战胜邪恶。

”意大利科学家伽利略，也因为支持“日心说”被罗马教皇判处终身监禁。

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旧说：“我脚下的地球依然转动。

”伽利略在生命的最后一刻仍然没有放弃自己所坚持的“日心说”。

直到1882年，罗马教皇不得不承认哥白尼的学说是正确的，这个光辉的学说经过三个世纪的艰苦斗争终于获得了完全胜利。

“日心说”最终战胜了“地心说”。

（3）开普勒行星运动三定律建立过程：第谷在天文历史上以观测精密而著称，是一个善于“看”的人。

清醒地知道要认识行星运动的规律，积累高度精确测量数据的重要性，并身体力行地测出了大量的原始精确的数据。

第谷却提倡地心说，并试图改进它，未能接受哥白尼的日心说。

在他的地心说里，行星绕着太阳转，而太阳又绕着地球转。

但是，第谷坚持不懈，一丝不苟地进行科学观察的精神，将永远地载入科学史册；他本身取得的巨大成就和留给开普勒的大量资料，推动了天文学向近代科学发展。