資源簡介

課件39張PPT。萬有引力與航天萬有引力與航天1.新、舊教材章節結構對比 ●新教材大體繼承了原教材的知識線索，在關于“萬有引力與航天”方面的知識要求沒有大的變化。 ●新教材在“行星的運動”與“萬有引力定律”之間增加一節課文“太陽與行星間的引力”，旨在放緩萬有引力定律發現歷程的展現，為學生學習萬有引力定律的發現奠定更充分的知識基礎； ●“經典力學的局限性”是共同必修模塊的最后一節課，在“萬有引力理論的成就”后面，用“經典力學的局限性”來作為必修教材力學的結尾，是對學生所學經典力學的一次總結。
萬有引力定律（B）
人造地球衛星（A）
宇宙速度（A）
牛頓力學適用范圍（A）2、《物理教學大綱》與《課程標準》知識要求對比：2002年版《物理教學大綱》2003年版《物理課程標準》 通過有關事實了解萬有引力定律的發現過程。知道萬有引力定律。認識發現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。
會計算人造衛星的環繞速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。
初步了解經典時空觀和相對論時空觀，知道相對論的建立對人類認識世界的影響。
初步了解微觀世界中的量子化現象，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們對于物質世界的認識。
通過實例，了解經典力學的發展歷程和偉大成就，體會經典力學創立的價值與意義，認識經典力學的適用范圍和局限性。
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。 3.對具體教材的分析(1)充分展現萬有引力定律發現的科學過程 (整體思路與過去大致相同，但節內的寫法還是有很大差異的。)開普勒行星運動定律為萬有引力規律的發現做出了什么貢獻？
根據開普勒行星運動第三定律和勻速圓周運動公式，可以推導出：
太陽對行星的引力 。 （ m為行星質量、r為行星運動半徑 ）
那么，行星對太陽的引力有什么規律？
根據牛頓第三定律可以分析出：。 （M為太陽質量）
太陽與行星間的相互引力有什么規律？
由于以上F和的大小是相等的，所以：
星體間相互引力規律適用于地球上的物體嗎？
牛頓進行了月－地檢驗：說明天上和地下的物體都遵從以下相同的規律：
，這就是萬有引力定律。公式中的G為引力常量。
引力常量G的值等于多少？
卡文迪許在實驗室測出了G的值，這使得萬有引力的定量計算成為可能，我們能據此計算出星體質量(2)增進科學與生活、社會的聯系(3)注重科學文化、科學精神的熏陶 ●領略前輩科學家不屈不饒的探索精神和一絲不茍的科學態度●開闊學生的視野，激勵對未知的探索（黑洞）●認識科學總是在探索更廣泛適用的理論中發展●體會名人名言的哲理開普勒、牛頓、愛因斯坦、霍金，馬克·吐溫、蕭伯納、梁啟超● 使學生了解物理學作為科學和技術的基礎、對促進人類物質創新和社會發展的作用。牛頓總結了經典力學的理論體系，建立了萬有引力定律，它使人們第一次用統一的理論來認識神秘的天上運動和地上運動，它不僅在當時的科學研究和技術創新中發揮著基礎理論的指導作用，也為人類實現飛出地球的夢想指出了方向?！鞍⒉_”8號宇宙飛船從月球返回地球的途中，當地面控制中心問及“誰在駕駛”是時候，指令長回答說：“我想現在是牛頓在駕駛?！倍⒔滩姆治雠c教學建議 第一節 行星的運動
1、教材性質與地位
（1）起始教材對全章起引領性的作用。
（2 ）為萬有引力定律的學習起鋪墊性的作用。
（3）知識容較少，但包含著的科學史料十分豐富。
（4）教材是從運動學的角度描述天體運動的 。2、教學方法的選擇以問題探究與故事講解相結合的方式組織課堂教學。
3、探究點的設置
（1）探究地心說與日心說爭論的焦點。
（2）探究開普勒行星運動定律建立的過程。
（3）探究橢圓軌道特征。
（4）探究開普勒行星運動定律的物理意義。
4、宇宙模型的歷史發展過程 “科學足跡”敘述了人類認識行星運動的歷史，把科學與歷史、科學與藝術、科學與社會，以及科學發展與思想解放等幾方面很好地結合起來了，寓意很深，應該引導學生反復閱讀。 第二節 太陽與行星間的引力1、教材性質與地位
（1)屬于科學過程教育的素材 ；
（2)是探究性比較強的教學內容；
（3)是從動力學角度來研究的；
（4）是一種演繹推理的結構。
（5）與過去教材相比，新教材更清晰、更有層次地陳述了這一科學過程。2、探究過程的設計(是本章的重要內容 )問題的提出：是什么原因使行星圍繞太陽運動？
猜想與假設：太陽對行星的引力F應該與行星到太陽的距離r有關。
簡化模型：行星軌道按照“圓”來處理。
演繹與推理：根據牛頓第二定律和開普勒定律進行計算 。
結論的得出 ：引力大小跟行星到太陽距離的二次方成反比……
第3節 萬有引力定律1、教材性質與地位
（1）是對上一節教學內容的進一步外推，是下一節教材學習的基礎，是本章的重點知識；
（2）是猜想、假設與驗證相結合的教學內容；
（3）是一種演繹思維與歸納思維相結合的推理結構；
（4）教材的立意還在于物理理論必須接受實踐與實驗的檢驗。 2、教學過程的設計（1）萬有引力的猜想。
（2）萬有引力的檢驗。
（3）萬有引力定律的得出。
（4）萬有引力定律的檢驗。 第4節 萬有引力理論的成就1、教材性質與地位
（1）是屬于應用性知識的教學內容；
（2）是使萬有引力定律在應用中得到進一步檢驗；
（3）是使學生演繹思維能力得到進一步訓練；
（4）教材的立意使學生感受用物理理論探索未知世界的科學魅力，激發探究未知世界興趣。 2、教學過程的設計 設計的核心問題是分析萬有引力提供向心力。
（1）實驗室稱量地球的質量．
（2）計算天體的質量
（3）預見并發現未知行星。
本節的教學思路與過去大致相同。與過去不同的是，在第一小節最后，本書引用了馬克·吐溫的話：“根據零星的事實，增添一點猜想，竟能贏得那么多收獲！”這話雖然出自一位外行人之口，卻道出了科學發現的精髓。
　　本節結尾引用的馮·勞厄的話，以及最后關于太陽系邊界的富于感情的話，激勵學生去進一步探索宇宙的奧秘。不要求分析重力隨緯度變化的原因
例：假如地球自轉速度增大,關于物體重力的下列說法中不正確的是 (　 )
A．放在赤道地面上的物體的萬有引力不變
B．放在兩極地面上的物體的重力不變
C．赤道上的物體重力減小
D．放在兩極地面上的物體的重力增大
例：已知地球質量大約是M=6.0×1024kg，地球半徑為R=6370km，地球表面的重力加速度g=9.8m/s2．萬有引力恒量G=6.67×10－11m3/kg·s2。求：
（1）地球表面上質量為10kg物體受到的萬有引力？
（2）地球表面上質量為10kg物體受到的重力？
（3）比較萬有引力和重力的大小，你能解釋兩者之間差異的原因所在嗎？
例：某星球可視為球體，其自轉周期為T，在它的兩極處，用彈簧秤測得某物體重為P，在它的赤道上，用彈簧秤測得同一物體重為0.9P，求：
（1）星球的平均密度是多少？
（2）若該星球的自轉速度越來越大，則當自轉角速度ω為多少時，其表面上的物體會“漂浮”起來？
（本質是建立的模型是重力與萬有引力相等，不要求進一步精細化）
第五節 宇宙航行1、教材性質與作用
（1）介紹萬有引力的實踐性成就，萬有引力理論使人類實現“飛天”夢想；
（2）是航天部分的重要知識；
（3）重點理解第一宇宙速度；
（4）激發學生科學獻身精神；
（5）拓展學生科普知識。
?
2、教學過程的設計 其知識上的核心問題還是分析萬有引力提供向心力。
（1）宇宙速度：引導學生推導第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度物理意義，區別環繞速度與發射速度；
（2）在“夢想成真” 欄目里，簡述人類航天事業的發展史；其中特別介紹了我國航天事業的發展。既談到航天成就，也談到人類為此付出的代價。全文最后說：“一個人最完美和最強烈的情感來自面對不解之謎”，以激勵學生科學探究的志趣。
（3）在“科學漫步”欄目里，介紹黑洞概念 ；寫法與過去有所不同。第一，它明確提出在黑洞問題上經典力學與實際情況是不一致的；第二，它介紹了黑洞探測的最新成果；特別是第三，它的最后一句話非常有哲理地回答了“人們為什么研究黑洞”，以及為什么要研究自然這樣一個十分深刻的問題。
（4）在“STS”欄目里，著重于展示航天事業與人類生活的關系。
（5）補充有關“地球同步衛星”的定量計算和分析．了解太陽同步極地軌道氣象衛星等。例：1998年1月發射的“月球勘探者號”空間探測器，運用最新科技手段對月球進行近距離勘探，在月球重力分布、磁場分布及元素測定等方面取得了最新成果。探測器在一些環形山中發現了質量密集區，當飛越這些質量密集區時，通過地面的大口徑射電望遠鏡觀察，“月球勘探者號”的軌道參數發生了微小變化，這些變化是（ ）
A．半徑變小 B．半徑變大
C．速率變大 D．速率變小
（模型不清,不再是勻速圓周運動了——等效圓）
例：兩顆星球，它們在相互之間的萬有引力作用下，繞連線上某點為圓心做穩定的勻速圓周運動，這樣的運行天體稱為“雙星”系統，若雙星相距為L，雙星質量分別為m1與m2，m1的繞行半徑為多少？則它們的周期各為多少？
(雙星問題的本質, 不要求分析與計算兩個物體聯結在一起做圓周運動的問題)
會解決涉及人造地球衛星運動的較簡單的問題 例：在太空運行了15年的俄羅斯“和平號”軌道空間站已于2000年3月23日墜毀，其殘骸撒落在南太平洋預定海域。墜毀前，因受高空稀薄空氣阻力和地面控制作用的影響，空間站在繞地球運轉（可近似看作圓周運動）的同時逐漸地向地球靠近，在這有過程中空間站運行的（ ）
A．角速度逐漸減小 B．線速度逐漸減小
C．加速度逐漸減小 D．周期逐漸減小
(非圓周運動模型，等效圓,考慮重力勢能)例：2005年10月12日我國“神州”六號載人飛船在酒泉載人航天發射場發射升空，飛船在軌飛行約115個小時，環繞地球77圈后，于10月17日安全返回主著陸場。這次發射是人類探索太空歷史上的又一次重要成就。已知飛船在太空中運行的軌道是一個橢圓，橢圓的一個焦點是地球的球心，如圖所示，飛船在飛行中是無動力飛行，只受到地球的引力作用，則在飛船從軌道的P點沿箭頭方向運行到Q點的過程中，以下說法中正確的有（ ）
A．飛船的速度逐漸增大
B．飛船的速度逐漸減小
C．引力對飛船做正功
D．飛船的機械能逐漸減小 例：盡管人類已經跨入太空，登上月球，但是，相對于宇宙之宏大，地球和月亮不過是茫茫宇宙中的兩粒塵埃；相對于宇宙之久長，人類歷史不過是宇宙年輪上一道小小的刻痕……，宇宙留給人們的思考和疑問深邃而廣闊：宇宙有沒有邊界？有沒有起始和終結？愛因斯坦曾經說過：“一個人最完美和最強烈的情感來自面對不解之謎?！蹦阆爰尤肫平馑男辛袉幔?br/> 現在，你假如是某宇宙飛船上的一位科研人員，在探索某星球時進行了如下實驗：
①當飛船停留在距該星球一定的距離時，正對著該星球發出一個激光脈沖，經過時間t后收到反射回來的信號，并測得此時刻觀察者的眼睛對星球所張視角為θ；
②當飛船在該星球著陸后，科研人員在距星球表面h處以初速度v0水平拋出一個小球，并測出落點到拋出點的水平距離為s。已知萬有引力常量為G，光速為c，星球的自轉影響及大氣對物體的阻力均不計。試根據以上信息，請你完成以下工作：
（1）星球的半徑R；
（2）星球的質量M；
（3）星球的第一宇宙速度。
（綜合性太強, 激光脈沖, 所張視角為θ的含義不清)
第六節 經典力學的局限性1、教材性質與作用
（1）是全章的終結性教材，屬于介紹性質的教材； 托勒玫想象地球處在宇宙中心，哥白尼則設想太陽處在中心，牛頓第一個用一個定律解釋所有星體運動，愛因斯坦則用幾何學的時空體系解釋星體的運動。 教材性質與作用（2）使學生正確認識物理學理論的發展與適用范圍；
（3）引領學生思考科學的價值觀；
（4）教材的立意使學生了解近代物理知識。
2、教學過程的設計設計的思路按照物理學理論在三個領域的發展過程進行。
（1）從低速到高速的討論中，介紹愛因斯坦的狹義相對論知識；
（2）在“科學漫步” 欄目里，介紹時間、空間都與運動狀態有關；
（3）在宏觀與微觀的介紹中，使學生知道量子力學能夠正確地描述微觀粒子運動規律；
（4）在“弱引力到強引力” 欄目中，引導學生了解愛因斯坦廣義相對論；
（5）補充：簡單介紹“宇宙大爆炸”模型建立，宇宙微波背景與2006年諾貝爾物理學獎；
（6）在“科學足跡” 欄目里，引導學生領悟牛頓的科學精神、科學思想、科學思維方法。
宇宙學是一個非常激動人心和活躍的學科。我們為何在此？我們從何而來？ 謝謝

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