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1、人教版高中物理第七章万有引力与航天教材分析及教法建议一一.课程标准内容课程标准内容二二.新旧教材章节结构比较新旧教材章节结构比较三三.教材变化的意图分析教材变化的意图分析四四.第七章课时分配建议第七章课时分配建议(共共7 7课时课时)五五.教学设计及教法建议教学设计及教法建议六六.教学注意事项教学注意事项七七.教学要求的把握教学要求的把握一一.课程标准内容课程标准内容1.通过有关事实了解万有引力定律的发现过程通过有关事实了解万有引力定律的发现过程.知道万有引力知道万有引力定律定律.认识发现万有引力定律的重要意义认识发现万有引力定律的重要意义,体会科学定律对体会科学定律对人类探索未知世界的作用人
2、类探索未知世界的作用2.会计算人造卫星的环绕速度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知道第二宇宙速度和第三宇宙速度速度3.初步了解经典时空观和相对论时空观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知道相对论对人类认识世界的影响识世界的影响4.初步了解微观世界中的量子化现象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知道宏观物体和微观粒子的能量变化特点子的能量变化特点,体会量子论的建立深化了人类对于物质体会量子论的建立深化了人类对于物质世界的认识世界的认识5.通过实例通过实例,了解经典力学的发展历程和伟大成就了解经典力学的发展历程和伟大成就,体会经典力体会经典力
3、学创立的价值与意义学创立的价值与意义,认识经典力学的使用范围和局限性认识经典力学的使用范围和局限性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.举例说明物举例说明物理学的进展对于自然科学的促进作用理学的进展对于自然科学的促进作用.第七章第七章 万有引力与航天万有引力与航天 1 1 行星的运动行星的运动 2 2 太阳与行星间的引力太阳与行星间的引力 3 3 万有引力定律万有引力定律 4 4 万有引力理论的成就万有引力理论的成就 5 5 宇宙航行宇宙航行 6 6 经典力学的局限性经典力学的局限性 第六章第六章 万有引力定律万有引力定律 一、行星的运动一、行星
4、的运动 二、万有引力定律二、万有引力定律 三、引力常量的测定三、引力常量的测定 四、万有引力定律在天文学上的应用四、万有引力定律在天文学上的应用 五、人造卫星五、人造卫星 宇宙速度宇宙速度 六、行星、恒星、星系和宇宙六、行星、恒星、星系和宇宙新新原原；二二.新、旧教材章节结构对比新、旧教材章节结构对比4.4.充充分分展展现现万万有有引引力力定定律律发发现现的的科科学学过过程程，重重视视知知识识的的形形成成过过程程，以提高学生思维能力以提高学生思维能力 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？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？根据普勒行星运动第三定律和匀速圆周运
5、动公式，可以推导出：根据普勒行星运动第三定律和匀速圆周运动公式，可以推导出：太阳对行星的引力太阳对行星的引力 。（m为行星质量、为行星质量、r为行星运动半径为行星运动半径）那么，行星对太阳的引力有什么规律？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：。根据牛顿第三定律可以分析出：。（M为太阳质量）为太阳质量）太阳与行星间的相互引力有什么规律？太阳与行星间的相互引力有什么规律？由于以上由于以上F F和的大小是相等的，所以：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？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
6、的规律：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，这就是万有引力定律。公式中的G G为引力常量。为引力常量。引力常量引力常量G G的值等于多少？的值等于多少？卡文迪许在实验室测出了卡文迪许在实验室测出了G G的值，这使得万有引力的定量计算成为可能，我们能据此的值，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计算出星体质量5.5.陈陈述述方方式式变变化化、从从知知识识描描述述转转化化为为问问题题探探究究，以以多多种种栏栏目目设设置置、打打开开科科普普视视窗窗。增增进进科学与生活、社会的联系科学与生活、社会的联系6.6.注重科学文化
7、、科学精神、人文精神的熏陶注重科学文化、科学精神、人文精神的熏陶 领领略略前前辈辈科科学学家家不不屈屈不不饶饶的的探探索索精精神神和和一一丝丝不不苟苟的的科科学态度学态度开阔学生的视野，激励对未知的探索（黑洞）开阔学生的视野，激励对未知的探索（黑洞）认识认识科学总是在探索更广泛适用的理论中发展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体会名人名言的哲理开开开开普普普普勒勒勒勒、牛牛牛牛顿顿顿顿、爱爱爱爱因因因因斯斯斯斯坦坦坦坦、霍霍霍霍金金金金，马克马克马克马克吐温、萧伯纳、梁启超吐温、萧伯纳、梁启超吐温、萧伯纳、梁启超吐温、萧伯纳、梁启超三三.第七章课时分配建议第七章课时分配建议
8、(共共7课时课时)1.行星的运动行星的运动1课时2 太阳与行星间的引力太阳与行星间的引力1课时3 万有引力定律万有引力定律1课时4 万有引力理论的成就万有引力理论的成就1课时5 宇宙航行宇宙航行1课时6 经典力学的局限性经典力学的局限性1课时复习评估1课时四、教材分析与教法建议四、教材分析与教法建议 第一节第一节 行星的运动行星的运动 这一节是起始教材对全章起引领性的作用。这一节是起始教材对全章起引领性的作用。为为万有引力定律的学习起铺垫性的作用。万有引力定律的学习起铺垫性的作用。本节结论性的知识较少，但包含着的科学本节结论性的知识较少，但包含着的科学史料十分丰富。史料十分丰富。教材是从运动学
9、的角度描述天体运动的教材是从运动学的角度描述天体运动的。教学设计教学设计以问题探究与史料讲解相结合的方式组织课堂教以问题探究与史料讲解相结合的方式组织课堂教学学 。探究地心说与日心说争论的焦点探究地心说与日心说争论的焦点探究开普勒行星运动定律建立的过程。探究开普勒行星运动定律建立的过程。探究椭圆轨道特征探究椭圆轨道特征探究开普勒行星运动定律的物理意义探究开普勒行星运动定律的物理意义3、宇宙模型的历史发展过程：宇宙模型的历史发展过程：第二节第二节 太阳与行星间的引力太阳与行星间的引力本节属于科学过程教育的素材本节属于科学过程教育的素材 ；是探究性比较强的教学内容；是探究性比较强的教学内容；教材是
10、从动力学角度来研究的；教材是从动力学角度来研究的；知识的逻辑结构是一种演绎推理的结构。知识的逻辑结构是一种演绎推理的结构。2、探究设计、探究设计(是本章的重要内容是本章的重要内容)问题的提出：问题的提出：是什么原因使行星围绕太阳运动？是什么原因使行星围绕太阳运动？猜猜想想与与假假设设：太太阳阳对对行行星星的的引引力力 F F应应该该与与行行星星到到太阳的距离太阳的距离r r有关。有关。简化模型：简化模型：行星轨道按照行星轨道按照“圆圆”来处理。来处理。演演绎绎与与推推理理：根根据据牛牛顿顿第第二二定定律律和和开开普普勒勒定定律律进进行计算行计算 。结结论论的的得得出出 ：引引力力大大小小跟跟行
11、行星星到到太太阳阳距距离离的的二二次次方成反比方成反比 第第3 3节节 万有引力定律万有引力定律这这节节是是对对上上一一节节教教学学内内容容的的进进一一步步外外推推，是是下下一一节节教教材材学学习习的的基基础础，是是本本章章的的重重点点知知识；识；内容的教学采用猜想、假设与验证相结合内容的教学采用猜想、假设与验证相结合,将将演演绎绎推推理理与与归归纳纳相相结结合合;使使学学生生体体会会到到物物理理论必须接受实践与实验的检验。理理论必须接受实践与实验的检验。2、教学设计、教学设计万有引力的猜想万有引力的猜想万有引力的检验万有引力的检验万有引力定律的得出万有引力定律的得出万有引力定律的检验万有引力
12、定律的检验第第4 4节节 万有引力理论的成就万有引力理论的成就本节是属于应用性知识的教学内容；本节是属于应用性知识的教学内容；使使万有引力定律在应用中得到进一步检验万有引力定律在应用中得到进一步检验；通通过过教教学学使使学学生生演演绎绎思思维维能能力力得得到到进进一一步步训训练；练；教材的立意是使学生感受用物理理论探索未教材的立意是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知世界的科学魅力，激发探究未知世界兴趣。趣。2、教学设计、教学设计实验室称量地球的质量实验室称量地球的质量计算天体的质量计算天体的质量预见并发现未知行星预见并发现未知行星补充：冥王星为何出局补充：冥王星为
13、何出局设计的核心问题是分析万有引力提供向心力设计的核心问题是分析万有引力提供向心力。第五节第五节 宇宙航行宇宙航行介介绍绍万万有有引引力力的的实实践践性性成成就就，万万有有引引力力理理论论使使人类实现人类实现“飞天飞天”梦想；梦想；本节是航天部分的重要知识；本节是航天部分的重要知识；三个宇宙速度重点理解第一宇宙速度；三个宇宙速度重点理解第一宇宙速度；通通过过我我国国航航天天事事业业的的发发展展介介绍绍激激发发学学生生科科学学献献身精神；身精神；同时又拓展了学生科普知识。同时又拓展了学生科普知识。2、教学设计、教学设计 其知识上的核心问题还是分析万有引力提供向其知识上的核心问题还是分析万有引力提
14、供向心力。心力。（1 1）宇宇宙宙速速度度：引引导导学学生生推推导导第第一一宇宇宙宙速速度度，知知道道第第二二宇宇宙宙速速度度和和第第三三宇宇宙宙速速度度物物理理意意义义，区区别别环绕速度与发射速度；环绕速度与发射速度；（2 2）在在“梦梦想想成成真真”栏栏目目里里，简简述述人人类类航航天天事事业业的发展史；的发展史；（3 3）在）在“科学漫步科学漫步”栏目里，介绍黑洞概念栏目里，介绍黑洞概念 ；（4 4）在在“STSSTS”栏栏目目里里，着着重重于于展展示示航航天天事事业业与与人人类生活的关系。类生活的关系。（5 5）补充有关补充有关“地球同步卫星地球同步卫星”的定量计算和分的定量计算和分析
15、了解太阳同步极地轨道气象卫星等析了解太阳同步极地轨道气象卫星等。第六节第六节 经典力学的局限性经典力学的局限性本节是全章的终结性教材，属于介绍本节是全章的终结性教材，属于介绍性质的教材；目的使学生正确认识物性质的教材；目的使学生正确认识物理学理论的发展与适用范围；引领学理学理论的发展与适用范围；引领学生思考科学的价值观生思考科学的价值观;教材的立意是教材的立意是使学生了解近代物理知识使学生了解近代物理知识 托勒玫想象地球处在宇宙中心，哥白尼则设想太阳处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，爱在中心，牛顿第一个用一个定律解释所有星体运动，爱因
16、斯坦则用几何学的时空体系解释星体的运动。因斯坦则用几何学的时空体系解释星体的运动。2、教学设计、教学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。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 1）从低速到高速的讨论中，介绍爱因斯坦的狭义相对）从低速到高速的讨论中，介绍爱因斯坦的狭义相对论知识；论知识；（2 2）在在“科科学学漫漫步步”栏栏目目里里，介介绍绍时时间间、空空间间都都与与运运动状态有关；动状态有关；（3 3）在在宏宏观观与与微微观观的的介介绍绍中中，使使学学生生知知道道量量子子力力学学能能够够正确地描述微观粒子运动规律；正确地描述微观粒子运动规律；（4 4）在在“弱
17、弱引引力力到到强强引引力力”栏栏目目中中，引引导导学学生生了了解解爱爱因斯坦广义相对论；因斯坦广义相对论；（5 5）补充：简单介绍）补充：简单介绍“宇宙大爆炸宇宙大爆炸”模型建立，宇宙微模型建立，宇宙微波背景与波背景与20062006年诺贝尔物理学奖；年诺贝尔物理学奖；（6 6）在）在“科学足迹科学足迹”栏目里，引导学生领悟牛顿的科栏目里，引导学生领悟牛顿的科学精神、科学思想、科学思维方法。学精神、科学思想、科学思维方法。*重视过程与方法的教学重视过程与方法的教学1。曲线运动速度方向的结论的得出通过举例、实验、。曲线运动速度方向的结论的得出通过举例、实验、理论分析、概括形成，有利于学生形成科学
18、的思理论分析、概括形成，有利于学生形成科学的思维方式维方式2。探究平抛运动的规律是探究性实验。注重体现抛。探究平抛运动的规律是探究性实验。注重体现抛体运动的普遍规律；不仅仅是平抛运动的解题方体运动的普遍规律；不仅仅是平抛运动的解题方法；注重跟数学学科的横向联系，把数学中的学法；注重跟数学学科的横向联系，把数学中的学习内容及其术语跟物理学融合起来习内容及其术语跟物理学融合起来3。向心加速度的教学设计，采用理论、实验、体验。向心加速度的教学设计，采用理论、实验、体验相结合的教学按排相结合的教学按排4.利用物理学史充分展示万有引力定律的建立过程利用物理学史充分展示万有引力定律的建立过程六六.新课程教
19、学设计特点新课程教学设计特点5.重视学生体验重视学生体验-观念和意识是很难通过集中灌观念和意识是很难通过集中灌输来形成的输来形成的新课程的各种体验性活动有利于实践意识的形成新课程的各种体验性活动有利于实践意识的形成实践活动：按图制作飞镖，抛出后观察飞镖飞行实践活动：按图制作飞镖，抛出后观察飞镖飞行方向的变化和落地时插入泥土的方向。方向的变化和落地时插入泥土的方向。我国航天事业的巨大成就介绍会激发学生积极的我国航天事业的巨大成就介绍会激发学生积极的情感体验情感体验,有利于形成科学的世界观和价值观有利于形成科学的世界观和价值观6.经典力学的成就及局限性的介绍使学生意识到经典力学的成就及局限性的介绍
20、使学生意识到理论的发展是辨证的理论的发展是辨证的,人类对自然界的探索是永无人类对自然界的探索是永无止境的止境的.7.科学探究贯穿于整个课程科学探究贯穿于整个课程教学中的科学探究是课程理念的体现教学中的科学探究是课程理念的体现提出问题、猜想与假设、设计实验、进行提出问题、猜想与假设、设计实验、进行实验、分析与论证、评估、交流与合作实验、分析与论证、评估、交流与合作6.改变学生的学习方式教材的不同写法代表了不同的教学理念教材的不同写法代表了不同的教学理念演示实验只写做法，不写将要出现的现象，演示实验只写做法，不写将要出现的现象，更不写结论。目的：鼓励学生更不写结论。目的：鼓励学生细心观察、独立思考
21、、同伴交流、师生细心观察、独立思考、同伴交流、师生互动互动改变学习方法改变学习方法七.教学要求的把握1.不必涉及船速小于水速时渡船位移最小的不必涉及船速小于水速时渡船位移最小的问题。问题。2.不必涉及需要用余弦定理解决的问题。不必涉及需要用余弦定理解决的问题。3.有关平抛运动与斜面结合的问题不作要求。有关平抛运动与斜面结合的问题不作要求。4.不要求计算斜抛运动的射程与射高问题。不要求计算斜抛运动的射程与射高问题。5.不宜过多和过难涉及圆周运动中的运动学不宜过多和过难涉及圆周运动中的运动学问题，尤其是转动中的追及问题。问题，尤其是转动中的追及问题。6.不宜将推导向心加速度公式作为检测或考不宜将推
22、导向心加速度公式作为检测或考核内容。核内容。7.不要求分析变速圆周运动中有切向加速度不要求分析变速圆周运动中有切向加速度时分析向心力的情形。时分析向心力的情形。8.不要求定量分析和计算在竖直平面圆周运不要求定量分析和计算在竖直平面圆周运动中除最高点和最低点以外的各点的受力情动中除最高点和最低点以外的各点的受力情况，切向分力和法向分力只用来定性分析。况，切向分力和法向分力只用来定性分析。9.避免进入误区避免进入误区不可能对知识要求做出刚性的解释不可能对知识要求做出刚性的解释“刚性的解释刚性的解释”：是否要求计算、所用公式能否变形、综合应用时解题过程不能超过几是否要求计算、所用公式能否变形、综合应
23、用时解题过程不能超过几步步例：例：课程标准课程标准10页要求页要求“知道万有引力定律知道万有引力定律”，而在，而在6 页关于行为动页关于行为动词的说明中，词的说明中，“知道知道”与与“计算计算”不是同一层次的要求。不是同一层次的要求。有人由此得出结论：对于万有引力定律不要求计算（？）有人由此得出结论：对于万有引力定律不要求计算（？）于是说课标应该修改万有引力定律要求的表述，或者修改行为动词的于是说课标应该修改万有引力定律要求的表述，或者修改行为动词的解释。解释。另一方面另一方面如果如果“知道知道”层次排除计算，层次排除计算，13页页“知道胡克定律知道胡克定律”该怎么办？该怎么办？然而然而如果如
24、果“知道知道”层次都要求计算，层次都要求计算，47页页“知道电子云知道电子云”该怎么办？该怎么办？结论结论课标给出的课标给出的“知道知道”、“理解理解”等要求是相对的等要求是相对的教师要有足够的能力根据知识在物理学中的地位、高中学生的基础和教师要有足够的能力根据知识在物理学中的地位、高中学生的基础和学习能力等几方面的因素，做出正确处理。学习能力等几方面的因素，做出正确处理。几十年来的中国中学物理教育史证明几十年来的中国中学物理教育史证明1.在教学大纲、课程标准中用文字来限制知识与习题难度的企图是做在教学大纲、课程标准中用文字来限制知识与习题难度的企图是做不到的。不到的。2.纠缠于考试题在纠缠于考试题在“纲内纲内”、“纲外纲外”使我们迷失方向使我们迷失方向 记住了知识，忽视了方法记住了知识，忽视了方法 引用高考试题（特别是各种试卷的难题）引用高考试题（特别是各种试卷的难题）不能很好体现教学要求；不能很好体现教学要求；“一步到位一步到位”的做法肯定不利于教学，既的做法肯定不利于教学，既增加了学生的负担，又做了无用功；增加了学生的负担，又做了无用功；在命题时能够按照教学指导意见命题。在命题时能够按照教学指导意见命题。