高中物理-宇宙航行双星问题教学设计学情分析教材分析课后反思

高中物理必修二第六章万有引力与航天第5节宇宙航行教学目标确立的依据（一）课标分析1.课标要求：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。体会科学研究方法对人们认识自然的作用。举例说明物理学的进展对自然科学的促进作用。2.课标分析：课程标准第一个行为动词是“计算”，属于知识技能目标里的“理解”的层次，通过对万有引力定律的认识，让学生自己动手推导得出双星运动的特点。第二个行为动词是“知道”，属于知识技能目标里“了解”的层次，通过阅读课本及课下搜集资料，让学生知道第二宇宙速度和第三宇宙速度的数值及物理意义。第三个行为动词是“体会”，通过对双星问题的分析和总结，让学生感受科学对人类认识自然的巨大推动作用，提高科学学习的兴趣。（二）教材分析1.教材地位和作用：“双星问题”属于人教版—普通高中《物理》教材·必修2—第六章“万有引力与航天”的第五节“宇宙航行”中的一个补充内容。本节课是以学生之前中已掌握的平抛运动、圆周运动和向心力等知识以及万有引力定律为基础，主要复习了了万有引力定律的成就，分析了双星的特点和相关运算。双星问题的分析是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习、了解现代科技知识的一个极好素材。本节课不但介绍了双星问题中一些基本知识，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。因此，本节课是“万有引力与航天”中的重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。2.内容结构：本节课属于航天部分的重要知识，主要通过学生对双星问题的分析，进一步熟练万有引力定律解决问题的思路，提高建立物理模型的能力，并通过课堂例题及目标检测掌握学生的学习情况，由“三星问题”引发学生的思考，进一步加深对本节课的认识。3.思想方法：在思维方法上，主要让学生学会知识点的类比，双星问题和之前所学圆周运动中的某些题目具有较大的相似性，通过知识的迁移，将不同章节的知识建立联系，提高学生构建知识脉络的能力。4.重点难点：重点：双星运动过程中各个物理量的比较及计算难点：对双星系统问题的分析思路的灵活运用，培养学生的建模能力。5.不同版本教材比较：在鲁科版的教材中“万有引力定律”的内容在必修二的第五章，在之前的第一章和第二章学生已经完成了功和机械的学习，在分析的过程中可以运用能量的知识分析天体问题。粤教版在课程设置上与人教版类似都是安排在了机械能一章之前学习，因此在授课时应侧重从力与运动的关系及圆周运动特点来对圆周运动进行分析。（三）学情分析学生在之前的学习中对万有引力定律的基本应用已经比较熟悉，近地卫星和同步卫星的学习使得学生在分析天体问题上有了一定的基础，另外学生对通过科学研究和运算可以更加准确的认识宇宙也比较感兴趣，主观和客观上都为这节课的学习打下了良好的基础。但是之前所学的知识具有一定的局限性，所研究的都是卫星绕某一中心天体运动这一类型的问题，双星模型对他们来讲比较偏新颖，因此在分析时应该给孩子足够的时间和引导，并通过小组合作讨论的方式加深对新问题新知识的分析和掌握。教学目标通过观看双星的视频使学生对双星运动有初步的认识，通过对双星特点的总结和分析，体会各物理量的关系，使学生能够独立推导双星运动的半径与质量的关系，并可以在分析过程中熟练应用。通过对例题的计算和分析，使学生进一步深化双星特点的认识，并可以举一反三，联系之前在圆周运动中遇到的类似问题，通过分析和运算，找到各物理量的关系。通过对学生独立对本节知识点的总结，能够从原理上掌握双星问题的分析思路，并能进一步深化解决三个星体的问题。教学方法本节课以探究式教学模式为主，通过视频演示双星的运动创设物理情景结合问题发、演示法、启发法、归纳法、多媒体辅助法等教学方法。教学活动设计（一）复习回顾1、万有引力定律的内容2、解决天体问题的两类基本思路（二）引入：创设情景，导入新课双星模型：天文学上把两个相距较近，由于彼此的引力作用而沿各自的轨道互相环绕旋转的恒星系统称为“双星”系统。观看双星视频（三）双星系统双星是绕其连线上的某一点一起做圆周运动的两颗星。如图所示，星球1和星球2绕其连线上的O点做匀速圆周运动，星球1的质量为m1,星球2的质量为m2,星球1到O点的距离为r1,星球2到O点的距离为r2,当星1转到位置A时星2转到位置B。思考：（1）什么力提供星1和星2的向心力？它们的向心力大小有何关系？（2）它们的角速度有何关系？（3）双星做圆周运动的半径r1、r2与质量m1、m2的关系（推导）总结：双星特点向心力大小；角速度；轨道半径与质量成。【达标检测】1.天文学上把两个相距较近，由于彼此的引力作用而沿各自的轨道互相环绕旋转的恒星系统称为“双星”系统，设一双星系统中的两个子星保持距离不变，共同绕着连线上的某一点以不同的半径做匀速圆周运动，则( )A.两子星的线速度的大小一定相等B.两子星的角速度的大小一定相等C.两子星受到的向心力的大小一定相等D.两子星的向心加速度的大小一定相等2.我们的银河系的恒星中大约四分之一是双星。某双星由质量不等的星体S1和S2构成，两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点C做匀速圆周运动。由于天文观察测得其运动周期为T，S1到C点的距离为r1，S1和S2的距离为r，已知引力常量为G.由此可求出S2的质量为（）A．B．C． D．（四）知识类比自然界的规律具有普遍性，我们今天所学的双星模型和之前在圆周运动中遇到的某些问题情景类似，请举例1、甲、乙两名溜冰运动员m甲=70kg,m乙=35

kg，面对面拉着弹簧秤做圆周运动的溜冰表演。两人相距0.9

m，弹簧秤的示数为21

N，下列判断正确的是（

）

A．两人的线速度相同，约为1

m/s

B．两人的角速度相同，为1

rad/s

C．两人的运动半径相同，为0.45

m

D．两人的运动半径不同，甲为0.6

m,乙为0.3

m2、两个质量分别是m1和m2的光滑小球套在光滑水平杆上，用长为L的细线连接，水平杆随框架以角速度ω做匀速转动，两球在杆上相对静止，如图所示，求两球离转动中心的距离R1和R2及细线的拉力．（五）思考：宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统,通常可忽略其他星体对它们的引力作用.已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式:其中一种形式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上,并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行.设每个星体的质量均为m.假设这种形式下星体的运动周期为T,则星体之间的距离应为多少?AABC（六）知识总结（小组讨论自主总结）一、要明确双星中两颗子星做匀速圆周运动的向心力来源双星中两颗子星相互绕着旋转可看作匀速圆周运动，其向心力由两恒星间的万有引力提供。由于力的作用是相互的，所以两子星做圆周运动的向心力大小是相等的，利用万有引力定律可以求得其大小。二、要明确双星中两颗子星匀速圆周运动的运动参量的关系两子星绕着连线上的一点做圆周运动，所以它们的运动周期是相等的，角速度也是相等的，所以线速度与两子星的轨道半径成正比。三、要明确两子星圆周运动的动力学关系。物体1：物体2：（七）板书设计第六章万有引力与航天第5节宇宙航行一、双星系统双星模型：天文学上把两个相距较近，由于彼此的引力作用而沿各自的轨道互相环绕旋转的恒星系统称为“双星”系统。总结：双星特点（1）向心力大小；（2）角速度；（3）轨道半径与质量成。二、知识类比相似模型三、思考讨论四、知识总结（八）课后作业1、月球与地球质量之比约为1：80，有研究者认为月球和地球可视为一个由两质点构成的双星系统，他们都围绕月球连线上某点O做匀速圆周运动。据此观点，可知月球与地球绕O点运动生物线速度大小之比约为（）A．1：6400B.1:80C.80:1D:6400:12、我们的银河系的恒星中大约四分之一是双星。某双星由质量不等的星体S1和S2构成，两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点C做匀速圆周运动。由于文观察测得其运动周期为T，S1到C点的距离为r1，S1和S2的距离为r，已知引力常量为G。由此可求出S2的质量为（） （） A． B． C． D．3、双星系统由两颗恒星组成，两恒星在相互引力的作用下，分别围绕其连线上的某一点做周期相同的匀速圆周运动。研究发现，双星系统演化过程中，两星的总质量、距离和周期均可能发生变化。若某双星系统中两星做圆周运动的周期为T,经过一段时间演化后，两星总质量变为原来的k倍，两星之间的距离变为原来的n倍，则此时圆周运动的周期为（）4、用天文望远镜长期观测，人们在宇宙中发现了许多双星系统，通过对它们的研究，使我们对宇宙中物质存在的形式和分布有了较深刻的认识，双星系统是由两个星体构成，其中每个星体的线度都小于两星体间的距离，一般双星系统距离其它星体很远，可以当做孤立系统处理，现根据对某一双星系统的光度学测量确定，该双星系统中每个星体的质量都是M，两者相距L，它们正围绕两者连线的中点做圆周运动。计算该双星系统的运动周期T计算。5、天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星.双星系统在银河系中很普遍.利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量.已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动,周期均为T,两颗恒星之间的距离为r,试推算这个双星系统的总质量.（万有引力常量为G）（九）课外阅读近年来,天文学家们发现，大部分已知恒星都存在于双星甚至多星系统中。双星对于\o"天体物理"天体物理尤其重要.在银河系中，双星的数量非常多，估计不少于单星。研究双星，不但对于了解恒星形成和演化过程的多样性有重要的意义，而且对于了解银河系的形成和演化，也是一个不可缺少的方面。哈柏太空望远镜拍摄的天狼星双星系统，在左下方可以清楚的看见天狼伴星(天狼B)。学情分析学生在之前的学习中对万有引力定律的基本应用已经比较熟悉，近地卫星和同步卫星的学习使得学生在分析天体问题上有了一定的基础，另外学生对通过科学研究和运算可以更加准确的认识宇宙也比较感兴趣，主观和客观上都为这节课的学习打下了良好的基础。但是之前所学的知识具有一定的局限性，所研究的都是卫星绕某一中心天体运动这一类型的问题，双星模型对他们来讲比较偏新颖，因此在分析时应该给孩子足够的时间和引导，并通过小组合作讨论的方式加深对新问题新知识的分析和掌握。效果分析本节课共设置了三个教学目标，分别是：1、通过观看双星的视频使学生对双星运动有初步的认识，通过对双星特点的总结和分析，体会各物理量的关系，使学生能够独立推导双星运动的半径与质量的关系，并可以在分析过程中熟练应用。2、通过对例题的计算和分析，使学生进一步深化双星特点的认识，并可以举一反三，联系之前在圆周运动中遇到的类似问题，通过分析和运算，找到各物理量的关系。3、通过对学生独立对本节知识点的总结，能够从原理上掌握双星问题的分析思路，并能进一步深化解决三个星体的问题。从达成效果上看：1、由于视频形象生动，学生在一上课就对双星问题体现出极大的兴趣，思考比较积极，对于课堂设置的问题回答较好，并通过班级同学举手评价，95%的同学可以自主总结双星的前两条基本特点，在半径与质量的关系上，由于分析量较大，我采用了小组合作讨论，展示答案的方式处理。通过小组之间的相互评价，达成度还是不错的。2、在例题的处理上采用了抢答和必答相结合的方法，既让同学有自我展示的机会，也照顾到班级里成绩偏弱或不太擅长言语表达的同学，这样可以全方位的对学生本节课的掌握情况作出判断，从题目的处理上来看，性质特点分析的问题掌握较好，涉及到列式运算的题目还是有些问题，主要体现在公式不够熟练，运算能力不强等几个方面，这在以后的教学中需要常抓不懈。3、在对本节知识的总结上，再次采用小组讨论，个别展示的方式，尽量给较多的同学展示自我的空间，大家积极发言，最后由老师汇总，并提出思考，但是在思考题的处理上由于时间较为紧张，部分同学的思考不够全面，也应在后续的学习中再次强化。教材分析1、教材地位和作用：“双星问题”属于人教版—普通高中《物理》教材·必修2—第六章“万有引力与航天”的第五节“宇宙航行”中的一个补充内容。本节课是以学生之前中已掌握的平抛运动、圆周运动和向心力等知识以及万有引力定律为基础，主要复习了了万有引力定律的成就，分析了双星的特点和相关运算。双星问题的分析是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习、了解现代科技知识的一个极好素材。本节课不但介绍了双星问题中一些基本知识，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。因此，本节课是“万有引力与航天”中的重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。2、内容结构：本节课属于航天部分的重要知识，主要通过学生对双星问题的分析，进一步熟练万有引力定律解决问题的思路，提高建立物理模型的能力，并通过课堂例题及目标检测掌握学生的学习情况，由“三星问题”引发学生的思考，进一步加深对本节课的认识。3、思想方法：在思维方法上，主要让学生学会知识点的类比，双星问题和之前所学圆周运动中的某些题目具有较大的相似性，通过知识的迁移，将不同章节的知识建立联系，提高学生构建知识脉络的能力。4、重点难点：重点：双星运动过程中各个物理量的比较及计算难点：对双星系统问题的分析思路的灵活运用，培养学生的建模能力。5、不同版本教材比较：在鲁科版的教材中“万有引力定律”的内容在必修二的第五章，在之前的第一章和第二章学生已经完成了功和机械的学习，在分析的过程中可以运用能量的知识分析天体问题。粤教版在课程设置上与人教版类似都是安排在了机械能一章之前学习，因此在授课时应侧重从力与运动的关系及圆周运动特点来对圆周运动进行分析。评测练习1、月球与地球质量之比约为1：80，有研究者认为月球和地球可视为一个由两质点构成的双星系统，他们都围绕月球连线上某点O做匀速圆周运动。据此观点，可知月球与地球绕O点运动生物线速度大小之比约为（）A．1：6400B.1:80C.80:1D:6400:12、我们的银河系的恒星中大约四分之一是双星。某双星由质量不等的星体S1和S2构成，两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点C做匀速圆周运动。由于文观察测得其运动周期为T，S1到C点的距离为r1，S1和S2的距离为r，已知引力常量为G。由此可求出S2的质量为（） （） A． B． C． D．3、双星系统由两颗恒星组成，两恒星在相互引力的作用下，分别围绕其连线上的某一点做周期相同的匀速圆周运动。研究发现，双星系统演化过程中，两星的总质量、距离和周期均可能发生变化。若某双星系统中两星做圆周运动的周期为T,经过一段时间演化后，两星总质量变为原来的k倍，两星之间的距离变为原来的n倍，则此时圆周运动的周期为（）4、用天文望远镜长期观测，人们在宇宙中发现了许多双星系统，通过对它们的研究，使我们对宇宙中物质存在的形式和分布有了较深刻的认识，双星系统是由两个星体构成，其中每个星体的线度都小于两星体间的距离，一般双星系统距离其它星体很远，可以当做孤立系统处理，现根据对某一双星系统的光度学测量确定，该双星系统中每个星体的质量都是M，两者相距L，它们正围绕两者连线的中点做圆周运动。计算该双星系统的运动周期T计算。5、天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星.双星系统在银河系中很普遍.利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量.已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动,周期均为T,两颗恒星之间的距离为r,试推算这个双星系统的总质量.（万有引力常量为G）课后反思本节课在教学环节的处理上采用在教师引导下学生自主思考与小组讨论相结合的方式，这种处理方式会有以下几点优势：1．通过学生自