高中物理 万有引力与航天同步主题单元设计.doc

主题单元设计万有引力与航天主题单元标题万有引力与航天作者姓名所属单位联系地址联系电话电子邮箱邮政编码学科领域 （在内打 表示主属学科，打 + 表示相关学科） 思想品德 音乐 化学 信息技术 劳动与技术 语文 美术 生物 科学 数学 外语 历史 社区服务 体育 物理 地理社会实践 其他（请列出）：适用年级高一年级所需时间6课时主题单元概述 (简述单元在课程中的地位和作用、单元的组成情况，解释专题的划分和专题之间的关系，主要的学习方式和预期的学习成果，字数300-500)从知识结构上看，本章教材是牛顿运动定律对曲线运动应用的继续。牛顿应用牛顿运动定律研究天体运动的规律，结合开普勒定律建立了伟大的万有引力定律。牛顿运动定律和万有引力定律构成了牛顿力学的核心内容。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“过程与方法”、“情感态度与价值观”教育的难得的好材料。本章教材首先详细地介绍了托勒密的地心说、哥白尼的日心说、第谷布拉赫的观测和开普勒行星运动定律，形象地、生动地体现了坚持真理、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。第2节把行星运动轨道简化为圆，应用牛顿运动定律和开普勒行星运动定律导出太阳与行星间的引力。第3节阐述牛顿进一步放眼宇宙建立了适用于自然界中任何两个物体间的万有引力定律，分析说明万有引力定律和引力恒量的意义。教材接着阐述万有引力定律对天体运动的应用和宇宙航行的应用。最后，概括阐述了经典力学（牛顿力学）的局限性，指出只适用于低速、宏观、弱引力的情况。主题学习目标 (描述该主题学习所要达到的主要目标)知识与技能：1、知道地心说和日心说的基本内容。了解人类对行星运动规律的认识历程，了解人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的。2、知道开普勒行星三定律的内容3、知道行星绕太阳运行的原因，知道太阳与行星间存在着引力作用。4、能根据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力表达式5、了解万有引力得出的思路和过程。理解万有引力定律的含义并会解决简单的引力计算问题。6、了解万有引力定律在天文学上的重要应用。7、会用万有引力定律计算天体质量，掌握处理天体问题的思路和方法。8、了解人造地球卫星的最初构想，会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题。9、知道三个宇宙速度的意义和数值，会推导第一宇宙速度。过程与方法：1、通过托勒密、哥白尼、第谷布拉赫、开普勒等几位科学家对行星运动的不同认识，了解人类认识事物本质的曲折性并加深对行星运动的理解。2、通过创设行星绕太阳做圆周运动模型，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。3、通过开展收集、整理牛顿的“月地”检验资料的活动，初步体验信息技术手段在物理学中生物应用。4、经历万有引力定律的发现历程，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方法。情感态度与价值观：1、感悟科学是人类进步不竭的动力。2、感受太阳与行星间的引力关系，从而体会大自然的奥秘。3、通过学习认识和借鉴科学的实验方法，充实自己的头脑，更好地去认识世界，提高科学的价值观。对应课标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。主题单元问题设计1、为什么说万有引力定律的发现过程犹如一部壮丽的科学史诗？2、万有引力定律的含义及引力常量的意义？3、为什么说科学真是迷人？万有引力理论的有哪些成就？4、萧伯纳名句“科学总是从正确走向错误”经典力学的适用范围？专题划分专题一： 万有引力定律的发现历程 专题二： 万有引力理论的成就 专题三： 经典力学的局限性 专题一万有引力定律的发现历程所需课时3课时专题一概述 (介绍本专题在整个单元中的作用，以及本专题的主要学习内容、学习活动和学习成果)本专题内容对全章的教学起着引领性的作用，同时又为下一单元万有引力定律的学习起一个铺垫性的作用。本专题计划三个课时。第一课时是从运动学的角度来描述行星运动，整个主题的准备阶段，通过给学生布置学习任务1、阅读教材“人类对行星的运动规律的认识”2、查找有关描述天体运动的历史资料，课堂讨论交流。第二课时与第三课时可以连上，从行星运动规律到万有引力定律的建立，是从动力学角度研究行星的运动，是一个很好的探究学习的过程。本专题学习目标 （描述本专题学习所要达到的主要目标）1、知道开普勒三定律的内容2、理解太阳与行星间存在引力。3、能根据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力表达式4、理解地面上物体所受的重力与天体间的引力是同一性质的力本专题问题设计1、古代人们对天体运动存在哪些看法?2、开普勒认为行星做什么样的运动?他是怎样得出这一结论的？3、开普勒行星运动定律哪几个方面的描述了行星绕太阳运动的规律？具体表述是什么？4、在解释行星绕太阳运动的原因这一问题上，为什么牛顿能够成功，你认为牛顿成功的关键是什么？5、把太阳与行星之间、地球与月球之间、地球与地面物体之间的引力遵从的规律推广到宇宙万物之间，你觉得合适吗？所需教学材料和资源(在此列出学习过程中所需的各种支持资源)信息化资源电子白板 ppt 学生电脑常规资源学案导学 教学支撑环境多媒体实验室其 他学习活动设计（描述本专题的学习过程和学习活动）第一课时活动一：古人对天体运动的看法及发展过程1、提出问题： 古代人们对天体运动存在哪些看法?什么是“地心说”，什么是“日心说”?哪种学说占统治地位的时间较长?两种学说争论的结果是什么?2、引导学生自主学习教材第一段，小组交流3、小组展示活动二：开普勒行星运动定律1、提出问题： 古人认为天体做什么运动?开普勒认为行星做什么样的运动?他是怎样得出这一结论的？开普勒行星运动定律哪几个方面的描述了行星绕太阳运动的规律？具体表述是什么？比值k与行星无关，你能猜想出它可能跟谁有关吗?2、学生自主学习。学生代表发言。3、教师： 出示挂图介绍行星运动的挂图，使学生对行星的运动有一个简单的感性认识.放视频使学生通过对天体运动的立体画面的观看，对天体运动的感性认识进一步提高.活动三：行星运动的简化模型1、教师提供：太阳八大行星的轨道图示，及轨道参数半长轴和半短轴2、学生获得意识：实际上，多数行星的轨道与圆十分接近，在中学阶段的研究中能够按圆处理。3、问题：开普勒三定律适用于圆轨道时，应该怎样表述呢？4、教师总结第二课时第三课时追寻牛顿的足迹，用自己的手和脑，重新“发现”万有引力定律。1、问题提出：为什么行星绕太阳运动？2、猜想与假设：伽利略、开普勒、笛卡尔都提出太阳对行星的引力应该与行星到太阳的距离有关。3、设置情境：简化模型行星轨道按照“圆”来处理4、演绎与推理： 问题引领：行星绕太阳作匀速圆周运动，写出行星需要的向心力表达式，并说明式中符号的物理意义。行星运动的线速度v与周期t的关系式如何？为何要消去v？写出要消去v后的向心力表达式。如何应用开普勒第三定律消去周期t？为何要消去周期t？写出引力f与距离r的比例式，说明比例式的意义。行星对太阳的引力与太阳的质量m以及行星到太阳的距离r之间又有何关系？综合以上推导过程，推导出太阳与行星间的引力与太阳质量、行星质量、以及两者距离的关系式。看看能够得出什么结论。学生活动：依据引领问题自主推导，书写推导过程。 小组交流讨论并展示推导过程。5、接受实践检验：万有引力的猜想：“天上”的力与“人间”的力可能出于同一本源。 万有引力的检验：月地检验提供情景：地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，月球绕地球运动的周期为27.3天，地球半径为r =6.4106m，试利用教材提供的信息，通过计算，证明课本上提出的假设，即地球对月球的力与地球使苹果自由下落的力的是同一种力，都遵守“反平方”的规律。学生活动：阅读课文，从课文中找出必要的信息，在练习本上进行定量计算。6、万有引力定律的得出：牛顿把上述结论推广到宇宙中的一切物体之间，7、万有引力定律的检验：卡文迪许测定引力常量的实验把太阳与行星之间、地球与月球之间、地球与地面物体之间的引力遵从的规律推广到宇宙万物之间，你觉得合适吗？发表自己的见解。万有引力定律的内容是什么？你认为万有引力定律的发现有何深远意义？拓展问题：卡文迪许实验有什么重要意义？这个实验的设计思路有什么巧妙之处？课后拓展：让学生自己查阅相关资料，了解引力常量测定的方法原理。教学评价现场评价专题二万有引力理论的成就所需课时2课时专题二概述 (介绍本专题在整个单元中的作用，以及本专题的主要学习内容、学习活动和学习成果)专题一是用追寻的眼光追寻先人的伟大成就，专题二是学生在先人的指引下进行创新应用的创新课。本专题的核心是牛顿运动定律与万有引力定律在圆周条件的具体应用。要让学生体会万有引力定律经受了实践的检验，取得了巨大的成功。本专题计划两个课时。第一课时是“应用+检验”性的内容，着重理清应用思路。第二课时是万有引力理论的实践性成就，是万有引力理论使人类实现飞天的梦想。本专题学习目标 （描述本专题学习所要达到的主要目标）1、会用万有引力定律计算天体质量。2、理解并运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法。3、通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力本专题问题设计1、应用万有引力定律求解天体质量的基本思路是什么?2、月球也要受到地球引力的作用，为什么月亮不会落到地面上来？3、人造地球卫星的运行遵循什么样的规律？4、地球的卫星是怎么成为地球的卫星的？所需教学材料和资源(在此列出学习过程中所需的各种支持资源)信息化资源电子白板 ppt 学生电脑常规资源学案导学 教学支撑环境多媒体实验室其 他学习活动设计（描述本专题的学习过程和学习活动）第一课时活动一：计算天体的质量两个思路：思路一：科学真是迷人实验室称量地球的质量。 提出问题：地面上的物体的重力如何测量？ 测力计所显示的读数对应的力与地球对物体的引力有什么关系？ 我们跳出地球看，由于地球在自转，这时物体做什么运动？ 学生活动过程：对象的选取：站在地面上的物体满足的规律：在可忽略中心天体自转的影响时，根据万有引力等于重力的关系来计算其质量方程的建立：得出的结论：在已知所求天体m的半径r和表面重力加速度的情况下可用上式学生讨论：重力与万有引力的关系 思路二：找一个绕中心天体运动天体 创设情境：在太空旅馆里一天内看15次日出感受80多分钟环游地球的快感像蜘蛛侠一样在卧室内“飞檐走壁”问题引领学生讨论： 在太空旅馆里可用上述方法测地地球质量吗？ 在旅馆里有没有其它测量地球质量的方法呢？提示问题：1.天体实际做何运动?而我们通常可认为做什么运动?2.描述匀速圆周运动的物理量有哪些?3.根据环绕天体的运动情况求解其向心加速度有几种求法?4.应用天体运动的动力学方程万有引力充当向心力求出的天体质量有几种表达式?各是什么?各有什么特点?5.应用此方法能否求出环绕天体的质量?学生活动：对象的选取：太空酒店里的姚明满足的规律：万有引力提供向心力方程的建立：得出的结论：在已知所求天体m的行星或者卫星m轨道半径r和周期t的情况下可用上式活动二：发现未知天体提出问题：环绕天体的轨道半径可以计算吗？学生活动：根据，而，两式联立得：预见并发现未知天体，是万有引力理论威力和价值的最生动例证笔尖上的行星。亚当斯和勒威耶在预言位置的附近找到了这颗新星。课后拓：上网查找，亚当斯与勒威耶的历史奇缘（六点对比）。第二课时：创设情境，渲染氛围：幻灯片：嫦娥奔月，万户，宇宙苍穹配音：有一个传说凄惨而美丽，有一个假设大胆但无知，有一种追求几代人一直在继续李白的“俱怀逸兴壮思飞，欲上青天揽明月”的飞天梦想实现了吗？活动一：地球的卫星提出问题：1世界上第一颗人造卫星是哪一年由哪一国家发射的？ 2我国哪一年发射了自己的人造卫星？ 3迄今我国共发射了多少颗人造卫星？4不同卫星的其运行轨道相同吗？ 5不同的卫星运行时有什么规律？ 6你能试着用你学过的知识解释为什么有这样的规律吗？ 7呈现地球的卫星的轨道数据卫星名称卫星质量（kg）轨道近地点（km）轨道远地点（km）运行周期（h）返回型遥感卫星2100205 315 148东方红2号甲通信卫星44135786 35863 239东方红2号试验通信卫星46135469 35782 2376返回型遥感卫星2100175 400 15风云1号a750900 901 17巴达尔150210 992 157大气1号873 900 1712学生活动：1观察数据，发现规律。 2合作交流，类比行星运动特点分析人造卫星的运行特点。3试着从力和运动的角度分析问题。归纳：卫星绕地运转轨道半径越大，速度越小、角速度越小、周期越大；活动二：卫星的发射教师：过渡：不同的轨道的卫星其