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课件39张PPT。万有引力与航天万有引力与航天1.新、旧教材章节结构对比 ●新教材大体继承了原教材的知识线索，在关于“万有引力与航天”方面的知识要求没有大的变化。 ●新教材在“行星的运动”与“万有引力定律”之间增加一节课文“太阳与行星间的引力”，旨在放缓万有引力定律发现历程的展现，为学生学习万有引力定律的发现奠定更充分的知识基础； ●“经典力学的局限性”是共同必修模块的最后一节课，在“万有引力理论的成就”后面，用“经典力学的局限性”来作为必修教材力学的结尾，是对学生所学经典力学的一次总结。
万有引力定律（B）
人造地球卫星（A）
宇宙速度（A）
牛顿力学适用范围（A）2、《物理教学大纲》与《课程标准》知识要求对比：2002年版《物理教学大纲》2003年版《物理课程标准》 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。
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。
初步了解经典时空观和相对论时空观，知道相对论的建立对人类认识世界的影响。
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们对于物质世界的认识。
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，认识经典力学的适用范围和局限性。
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。 3.对具体教材的分析(1)充分展现万有引力定律发现的科学过程 (整体思路与过去大致相同，但节内的写法还是有很大差异的。)开普勒行星运动定律为万有引力规律的发现做出了什么贡献？
根据开普勒行星运动第三定律和匀速圆周运动公式，可以推导出：
太阳对行星的引力 。 （ m为行星质量、r为行星运动半径 ）
那么，行星对太阳的引力有什么规律？
根据牛顿第三定律可以分析出：。 （M为太阳质量）
太阳与行星间的相互引力有什么规律？
由于以上F和的大小是相等的，所以：
星体间相互引力规律适用于地球上的物体吗？
牛顿进行了月－地检验：说明天上和地下的物体都遵从以下相同的规律：
，这就是万有引力定律。公式中的G为引力常量。
引力常量G的值等于多少？
卡文迪许在实验室测出了G的值，这使得万有引力的定量计算成为可能，我们能据此计算出星体质量(2)增进科学与生活、社会的联系(3)注重科学文化、科学精神的熏陶 ●领略前辈科学家不屈不饶的探索精神和一丝不苟的科学态度●开阔学生的视野，激励对未知的探索（黑洞）●认识科学总是在探索更广泛适用的理论中发展●体会名人名言的哲理开普勒、牛顿、爱因斯坦、霍金，马克·吐温、萧伯纳、梁启超● 使学生了解物理学作为科学和技术的基础、对促进人类物质创新和社会发展的作用。牛顿总结了经典力学的理论体系，建立了万有引力定律，它使人们第一次用统一的理论来认识神秘的天上运动和地上运动，它不仅在当时的科学研究和技术创新中发挥着基础理论的指导作用，也为人类实现飞出地球的梦想指出了方向。“阿波罗”8号宇宙飞船从月球返回地球的途中，当地面控制中心问及“谁在驾驶”是时候，指令长回答说：“我想现在是牛顿在驾驶。”二、教材分析与教学建议 第一节 行星的运动
1、教材性质与地位
（1）起始教材对全章起引领性的作用。
（2 ）为万有引力定律的学习起铺垫性的作用。
（3）知识容较少，但包含着的科学史料十分丰富。
（4）教材是从运动学的角度描述天体运动的 。2、教学方法的选择以问题探究与故事讲解相结合的方式组织课堂教学。
3、探究点的设置
（1）探究地心说与日心说争论的焦点。
（2）探究开普勒行星运动定律建立的过程。
（3）探究椭圆轨道特征。
（4）探究开普勒行星运动定律的物理意义。
4、宇宙模型的历史发展过程 “科学足迹”叙述了人类认识行星运动的历史，把科学与历史、科学与艺术、科学与社会，以及科学发展与思想解放等几方面很好地结合起来了，寓意很深，应该引导学生反复阅读。 第二节 太阳与行星间的引力1、教材性质与地位
（1)属于科学过程教育的素材 ；
（2)是探究性比较强的教学内容；
（3)是从动力学角度来研究的；
（4）是一种演绎推理的结构。
（5）与过去教材相比，新教材更清晰、更有层次地陈述了这一科学过程。2、探究过程的设计(是本章的重要内容 )问题的提出：是什么原因使行星围绕太阳运动？
猜想与假设：太阳对行星的引力F应该与行星到太阳的距离r有关。
简化模型：行星轨道按照“圆”来处理。
演绎与推理：根据牛顿第二定律和开普勒定律进行计算 。
结论的得出 ：引力大小跟行星到太阳距离的二次方成反比……
第3节 万有引力定律1、教材性质与地位
（1）是对上一节教学内容的进一步外推，是下一节教材学习的基础，是本章的重点知识；
（2）是猜想、假设与验证相结合的教学内容；
（3）是一种演绎思维与归纳思维相结合的推理结构；
（4）教材的立意还在于物理理论必须接受实践与实验的检验。 2、教学过程的设计（1）万有引力的猜想。
（2）万有引力的检验。
（3）万有引力定律的得出。
（4）万有引力定律的检验。 第4节 万有引力理论的成就1、教材性质与地位
（1）是属于应用性知识的教学内容；
（2）是使万有引力定律在应用中得到进一步检验；
（3）是使学生演绎思维能力得到进一步训练；
（4）教材的立意使学生感受用物理理论探索未知世界的科学魅力，激发探究未知世界兴趣。 2、教学过程的设计 设计的核心问题是分析万有引力提供向心力。
（1）实验室称量地球的质量．
（2）计算天体的质量
（3）预见并发现未知行星。
本节的教学思路与过去大致相同。与过去不同的是，在第一小节最后，本书引用了马克·吐温的话：“根据零星的事实，增添一点猜想，竟能赢得那么多收获！”这话虽然出自一位外行人之口，却道出了科学发现的精髓。
　　本节结尾引用的冯·劳厄的话，以及最后关于太阳系边界的富于感情的话，激励学生去进一步探索宇宙的奥秘。不要求分析重力随纬度变化的原因
例：假如地球自转速度增大,关于物体重力的下列说法中不正确的是 (　 )
A．放在赤道地面上的物体的万有引力不变
B．放在两极地面上的物体的重力不变
C．赤道上的物体重力减小
D．放在两极地面上的物体的重力增大
例：已知地球质量大约是M=6.0×1024kg，地球半径为R=6370km，地球表面的重力加速度g=9.8m/s2．万有引力恒量G=6.67×10－11m3/kg·s2。求：
（1）地球表面上质量为10kg物体受到的万有引力？
（2）地球表面上质量为10kg物体受到的重力？
（3）比较万有引力和重力的大小，你能解释两者之间差异的原因所在吗？
例：某星球可视为球体，其自转周期为T，在它的两极处，用弹簧秤测得某物体重为P，在它的赤道上，用弹簧秤测得同一物体重为0.9P，求：
（1）星球的平均密度是多少？
（2）若该星球的自转速度越来越大，则当自转角速度ω为多少时，其表面上的物体会“漂浮”起来？
（本质是建立的模型是重力与万有引力相等，不要求进一步精细化）
第五节 宇宙航行1、教材性质与作用
（1）介绍万有引力的实践性成就，万有引力理论使人类实现“飞天”梦想；
（2）是航天部分的重要知识；
（3）重点理解第一宇宙速度；
（4）激发学生科学献身精神；
（5）拓展学生科普知识。
?
2、教学过程的设计 其知识上的核心问题还是分析万有引力提供向心力。
（1）宇宙速度：引导学生推导第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度物理意义，区别环绕速度与发射速度；
（2）在“梦想成真” 栏目里，简述人类航天事业的发展史；其中特别介绍了我国航天事业的发展。既谈到航天成就，也谈到人类为此付出的代价。全文最后说：“一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜”，以激励学生科学探究的志趣。
（3）在“科学漫步”栏目里，介绍黑洞概念 ；写法与过去有所不同。第一，它明确提出在黑洞问题上经典力学与实际情况是不一致的；第二，它介绍了黑洞探测的最新成果；特别是第三，它的最后一句话非常有哲理地回答了“人们为什么研究黑洞”，以及为什么要研究自然这样一个十分深刻的问题。
（4）在“STS”栏目里，着重于展示航天事业与人类生活的关系。
（5）补充有关“地球同步卫星”的定量计算和分析．了解太阳同步极地轨道气象卫星等。例：1998年1月发射的“月球勘探者号”空间探测器，运用最新科技手段对月球进行近距离勘探，在月球重力分布、磁场分布及元素测定等方面取得了最新成果。探测器在一些环形山中发现了质量密集区，当飞越这些质量密集区时，通过地面的大口径射电望远镜观察，“月球勘探者号”的轨道参数发生了微小变化，这些变化是（ ）
A．半径变小 B．半径变大
C．速率变大 D．速率变小
（模型不清,不再是匀速圆周运动了——等效圆）
例：两颗星球，它们在相互之间的万有引力作用下，绕连线上某点为圆心做稳定的匀速圆周运动，这样的运行天体称为“双星”系统，若双星相距为L，双星质量分别为m1与m2，m1的绕行半径为多少？则它们的周期各为多少？
(双星问题的本质, 不要求分析与计算两个物体联结在一起做圆周运动的问题)
会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题 例：在太空运行了15年的俄罗斯“和平号”轨道空间站已于2000年3月23日坠毁，其残骸撒落在南太平洋预定海域。坠毁前，因受高空稀薄空气阻力和地面控制作用的影响，空间站在绕地球运转（可近似看作圆周运动）的同时逐渐地向地球靠近，在这有过程中空间站运行的（ ）
A．角速度逐渐减小 B．线速度逐渐减小
C．加速度逐渐减小 D．周期逐渐减小
(非圆周运动模型，等效圆,考虑重力势能)例：2005年10月12日我国“神州”六号载人飞船在酒泉载人航天发射场发射升空，飞船在轨飞行约115个小时，环绕地球77圈后，于10月17日安全返回主着陆场。这次发射是人类探索太空历史上的又一次重要成就。已知飞船在太空中运行的轨道是一个椭圆，椭圆的一个焦点是地球的球心，如图所示，飞船在飞行中是无动力飞行，只受到地球的引力作用，则在飞船从轨道的P点沿箭头方向运行到Q点的过程中，以下说法中正确的有（ ）
A．飞船的速度逐渐增大
B．飞船的速度逐渐减小
C．引力对飞船做正功
D．飞船的机械能逐渐减小 例：尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月亮不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕……，宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔：宇宙有没有边界？有没有起始和终结？爱因斯坦曾经说过：“一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜。”你想加入破解它的行列吗？
现在，你假如是某宇宙飞船上的一位科研人员，在探索某星球时进行了如下实验：
①当飞船停留在距该星球一定的距离时，正对着该星球发出一个激光脉冲，经过时间t后收到反射回来的信号，并测得此时刻观察者的眼睛对星球所张视角为θ；
②当飞船在该星球着陆后，科研人员在距星球表面h处以初速度v0水平抛出一个小球，并测出落点到抛出点的水平距离为s。已知万有引力常量为G，光速为c，星球的自转影响及大气对物体的阻力均不计。试根据以上信息，请你完成以下工作：
（1）星球的半径R；
（2）星球的质量M；
（3）星球的第一宇宙速度。
（综合性太强, 激光脉冲, 所张视角为θ的含义不清)
第六节 经典力学的局限性1、教材性质与作用
（1）是全章的终结性教材，属于介绍性质的教材； 托勒玫想象地球处在宇宙中心，哥白尼则设想太阳处在中心，牛顿第一个用一个定律解释所有星体运动，爱因斯坦则用几何学的时空体系解释星体的运动。 教材性质与作用（2）使学生正确认识物理学理论的发展与适用范围；
（3）引领学生思考科学的价值观；
（4）教材的立意使学生了解近代物理知识。
2、教学过程的设计设计的思路按照物理学理论在三个领域的发展过程进行。
（1）从低速到高速的讨论中，介绍爱因斯坦的狭义相对论知识；
（2）在“科学漫步” 栏目里，介绍时间、空间都与运动状态有关；
（3）在宏观与微观的介绍中，使学生知道量子力学能够正确地描述微观粒子运动规律；
（4）在“弱引力到强引力” 栏目中，引导学生了解爱因斯坦广义相对论；
（5）补充：简单介绍“宇宙大爆炸”模型建立，宇宙微波背景与2006年诺贝尔物理学奖；
（6）在“科学足迹” 栏目里，引导学生领悟牛顿的科学精神、科学思想、科学思维方法。
宇宙学是一个非常激动人心和活跃的学科。我们为何在此？我们从何而来？ 谢谢

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