1、万有引力与航天主题单元设计 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。 ） 操作提示：您可以直接复制“ ”、 “ ”替换下面的“ ” 即可。 + 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 高中一年级 所需时间 8 课时 主题学习概述(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) 本章主
2、要在讲述了万有引力定律的发现及其在天体运动中的应用.万有引力定律是在哥白尼、伽利略、 开普勒等人的天文学研究成果基础上，由牛顿运用力学原理发现的重要定律.万有引力定律阐明了宇宙万 物之间普遍存在的相互作用力的规律,为人们认识天体的运动奠定了基础. 把教材六个标题的内容设计成六个专题来组织学习活动。 专题一：行星的运动 专题二：太阳与行星间的引力 专题三：万有引力定律 专题四：万有引力理论的成就 专题五：宇宙航行 专题六：经典力学的局限性 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、理解和掌握开普勒行星运动定律。 2、掌握利用万有引力定律计算天体质量、天体密度的基本方法。
3、 3、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。 4、理解卫星的运行速度与轨道半径的关系。 5、掌握人类认识自然规律的科学方法。 过程与方法： 1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、通过万有引力定律推导出计算天体质量的公式。 4、通过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。 情感态度与价值观： 1掌握人类认识自然规律的科学方法，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、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
4、源于实践，反过来又可以 指导实践的辩证唯物主义观点。 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。 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 5、通过实例，了解经典力学的发展历程和伟大成就，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行星是如何运动的? 2行星与太阳之间的引力有何特点？ 3万有引力的
5、大小的如何计算？ 4万有引力理论的作用多大？ 5、宇宙航行的速度多大？ 6、经典力学能解决所有问题吗？ 专题划分 专题一：行星的运动 1 课时 专题二：太阳与行星间的引力 1 课时 专题三：万有引力定律 1 课时 专题四：万有引力理论的成就 2 课时 专题五：宇宙航行 2 课时 专题六：经典力学的局限性 1 课时 专题一 专题一：行星的运动 所需课时 1 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) 本节内容包括“地心说” “日心说”的内容及争论的焦点、开普勒三大定律的内容等知识点.学习这一 节的主要目的是为了下一节推导万有引力定律作铺垫,因
6、此教材中没有过重地讲述开普勒的三大定律,而是 将三大定律的内容综合在一起加以说明,节后也没有安排练习.本节内容对学生来说是抽象的、陌生的，甚 至无法去感知.对天体的运动充满好奇,又觉得非常神秘而不易理解.所以我们必须去引导学生了解人们对 星体运动认识的发展过程,从“日心说”和“地心说” 的内容到其两者这间的争论，从第谷的精心观测到 开普勒的数学运算，在学生整体感知的过程中引导学生体会这些大师们的思路、方法及他们的一丝不苟的 科学精神，并激发他们热爱科学、探索真理的求知热情. 本专题学习目标 （描述该学习所要达到的主要目标） 1.了解地心说和日心说的基本内容. 2.明确开普勒三大定律,能应用三定
7、律分析问题. 3.知道人类对行星运动的认识过程. 4.了解观察在发现行星运动规律中的作用.认识物理实验在物理学发展过程中的重要作用. 5.通过开普勒行星运动定律的建立过程,渗透科学发现的方法论教育,建立科学的宇 宙观. 本专题问题 设计 1.在古代，人们对天体的运动的认识有哪几种学说？ 2 开普勒是如何得出行星运动规律的? 3开普勒三定律的具体含义是什么？ 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 视频、图片、多媒体课件 常规资源 行星绕太阳的运行仪 教学支撑环 境 具有多媒体操作平台的教室 其 他 学习活动设计（针对该专题所选择的活动形式及过程） 活动一：两种学
8、说 1导入情景、提出问题 （1） 太阳每天东升西落；月亮由东向西运行，有时弯如镰，有时圆如盘，每月变化一 次；天上的星星有的看起来不动，有的如闪电划过夜空，日月星辰的这些运动，人们从遥 远的古代就注意了.但是,日月交替,斗转星移,天体的运动遵循什么规律?浩瀚星空,哪里才 是宇宙的中心?从这一节开始,我们将学习这些规律. （2）学生展示课前收集的图片、视频、文字等资料，联系日常生活中身边熟悉的实例 2学生发表见解 3得出结论，请学生总结： （1）地心说和日心说； （2）本质区别； （3）较好的一方。 活动二：开普勒行星运动规律 1、提问：（1）开普勒如何得出行星运动规律的?从中你什么启发 （2）
9、行星运动的轨迹是什么？ （3）行星与太阳的距离不断变化，那么运行速度如何呢？ （4）对所有的行星而言比值 k 都一样吗？那 k 与谁有关？ 2、.鼓励学生大胆地动手、科学地想象并体会，在这环节中，学生分组讨论上述问题，教 师给以适当提示。 3、学生归纳总结 活动三：开普勒第三定律的推广 1 提问：除了行星绕太阳运行外，还有很多卫星绕行星运行，如木星有很多卫星，地 球有月亮和人造卫星，那么这些卫星绕行星的运动遵循什么样的规律呢？譬如比值 k 相同 吗？ 2、分组讨论，并由代表回答。 3教师可点拨，与行星绕太阳运动遵循的规律类似。 4、总结 教学评价 可评价的学习要素 1、 生活中的举例 评价方法
10、：现场评价 评价指标：1、参与程度、积极程度 2、举例恰当程度 3、课前材料的准备情况 2、 开普勒行星运动定律测试 评价方法：测验 评价指标：答题时间 每题答对率 及格人数（60-74 分） 良好人数（75- -84 分以上）优秀人数（85 分以上） 平均分 3、 学习活动过程 评价方法：量规 参与程度、积极程度 思维逻辑、严密性 表达展示 协作精神 专题二 专题二：太阳与行星间的引力 所需课时 1 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) 本节就知识与技能来说较为简单，即用牛顿运动定律、向心力公式和开普勒定律推导出太阳与行星间的 引力
11、公式，但本节设计的物理方法主要是提出问题、科学猜想、推理论证等等。这些方法都是进行科学探 究最重要、最常用的方法，也是本节课教学的重点和难点。 本专题学习目标 （描述该学习所要达到的主要目标） 1知道太阳与行星间引力的存在，知道行星绕太阳做圆周运动向心力来源。 2知道太阳与行星间的引力的方向和表达式 3理解太阳与行星间的引力表达式得出的思路和过程。 4通过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。 5体会推导过程中的数量关系。 6、感受太阳与行星间的引力关系，从而体会大自然的奥秘 本专题问题 设计 1行星在椭圆轨道上运动是否需要力？这个力是什么力提供的？大小跟太阳与行星间的
12、距离有什么关系吗？ 2行星绕太阳的运动可简化为圆周运动。那么行星绕太阳的运动可进一步简化为匀速圆 周运动吗？为什么？ 3.将行星的运动简化行星绕太阳做匀速圆周运动。设行星的质量为 m，速度为 v，运行周 期为 T，行星到太阳的距离为 r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力可以怎样表示？ 在天文观测中我们应该用哪个方程来探究向心力呢？ 4.能不能根据得到的结论？要寻找 F 的关系，那么表达式中就不应该出现周期 T，所以 要设法消去上式中的 T，应该怎么消呢？ 5.如果中心天体的质量发生变化，引力 F 变不变呢？ 6.若选择行星为研究对象，研究的结果中并没有出现太阳质量 M。下面我们不妨尝试以太
13、阳为研究对象，看看行星对太阳的引力什么特征？太阳对行星的引力和行星对太阳的引力 有什么关系？ 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 微机、屏幕、Microsoft PowerPoint 软件、视频。 常规资源 多媒体视频 教学支撑环 境 具有多媒体操作平台的教室，网络教室 学习活动设计（针对该专题所选择的活动形式及过程） 一 引入新课 1、提问：开普勒在 1609 和 1619 年发表了行星运动的三个定律，解决了描述行星运动的 问题，但好奇的人们，面向天穹，深情地叩问：是什么力量支配着行星绕着太阳做如此 和谐而有规律的运动呢？（以下的三定律只用课件打出） （看
14、课件的对应图片） 问题及归纳 A行星在椭圆轨道上运动是否需要力？这个力是什么力提供的？这个力是多大？太阳对 行星的引力，大小跟太阳与行星间的距离有什么关系吗？ B行星的实际运动是椭圆运动，但我们还不知道求出椭圆运动加速度的运动学公式，我 们现在怎么办？把它简化为什么运动呢？ C既然把行星绕太阳的运动简化为圆周运动。那么行星绕太阳的运动可进一步简化为匀 速圆周运动吗？为什么？ 以上的过程归纳为：行星做曲线运动必受到力的作用把行星绕太阳的运动简化为圆 周运动进一步简化为匀速圆周运动 教师：既然行星围绕太阳运动的轨道是椭圆，即为曲线运动，那么肯定有一个力要来维 持这个运动，那么这个力是由什么来提供的
15、呢？我们跟随着科学家们一起去研究讨论这 个问题。 二 万有引力定律 人类对行星运动规律原因认识的过程 教师：略微介绍十七世纪前以及伽俐略，开普勒，笛卡儿的观点。 教师：到牛顿这个时代的时候，科学家们对这个问题有了更进一步的认识，例如胡克、 哈雷等，他们认为行星绕地球运动受到太阳对它的引力，甚至证明了行星轨道如果为圆 形，引力的大小跟太阳距离的二次方成反比，但无法证明在椭圆轨道下，引力也遵循这 个规律。 牛顿在前人的基础上，证明了如果太阳和行星的引力与距离的二次方成反比， 则行星的轨迹是椭圆，并且阐述了普遍意义下的万有引力定律。 教师：接下来我们就跟随牛顿先生一起去研究这个万有引力定律。 由于行
16、星运动的椭圆轨道很接近与圆形轨道，所以我们把它理想化为一个圆形轨道，这 样就简化了问题，易于我们在现有认知水平上来接受。 2、万有引力定律 (1)定律的推导 教师：行星绕太阳运动遵守这个规律，那么在其他地方是否适用这个规律呢？（假如说 月球、卫星绕地球） 学生活动：思考 教师：为了验证地面上的重力与地球吸引月球、太阳吸引行星的力是同一性质的力，遵 守同样的规律，牛顿还做了著名的“月地”检验(参见课本 P105 右侧)，结果证明他的 想法是正确的。 (2)万有引力定律 内容 公式 教师：为什么说是粗略？让学生思考 学生活动：思考 教师：2万有引力定律中的物体是指质点而言，不能随意应用于一般物体。
17、 a.对于相距很远因而可以看作质点的物体，公式中的 r 就是指两个质点间的距离； b.对均匀的球体，可以看成是质量集中于球心上的质点，这是一种等效的简化处理方法。 教师：万有引力定律建立的重要意义 17 世纪自然科学最伟大的成果之一，它把地面上的物体运动的规律和天体运动的规律统 一了起来，对以后物理学和天文学的发展具有深远的影响，而且它第一次揭示 了自然界 中的一种基本相互作用的规律，在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。 教学评价 可评价的学习要素 1.评价方法：现场评价 评价指标：参与程度、积极程度 2 评价方法：测验 评价指标：答题时间 每题答对率 及格人数（60-74 分） 良好人数（75- -84 分以上）优秀人数（85 分以上） 平均分 3.学习活动过程 评价方法：量规 参与程度、积极程度 思维逻辑、严密性 表达展示
