_萬有引力定律_的教材分析和教學策略

1、教材與教法萬有引力定律的教材分析和教學策略趙!堅1!李志堅2(1.昆明市第十四中學,云南昆明!650106! 2.昆明市教育局教研室,云南昆明!6501061!教材分析本章作為圓周運動的一個應用實例,是對 第五章!曲線運動所涉及的基本概念和規(guī)律在理解和應用上的進一步加深.從教材編寫要求和體系看,全章講述了萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)及其在天體運動中的應用,其中萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展過程和該定律的具體運用是本章的重點.本章教材的編寫按這樣的線索展開:開普勒對行星運動學規(guī)律的描述為萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)奠定了基礎牛頓在前人研究的基礎上發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律卡文迪許用實驗較準確地測定了引力常量G,使得萬有引力定律有

2、了更實際的應用利用萬有引力及其有關的知識討論天體和人造衛(wèi)星的運動情況.教材這樣的編寫目的在于:#突出通過學習,使學生了解人們對天體運動認識的發(fā)展過程和牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的認識過程以及思考和研究問題的方法,以達到在學習知識的同時,培養(yǎng)學生分析問題的能力和初步了解科學研究的方法步驟;強調人類對天體運動的認識過程,萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)及其對人類認識的意義.本章內容學生常感到難理解,其原因在于本章所涉及描述天體做圓周運動的物理量間邏輯關系復雜,如向心力、萬有引力、向心加速度、線速度、角速度、周期、軌道半徑、機械能、動能、勢能,這些概念間相互關系很抽象.由于新教材的部頒課時少,而按傳統(tǒng)方式教學,本章往往

3、要花費較多時間.很難按時完成教學進度;另外,新教材內容豐富,形式多樣,如何體現(xiàn)出新教材的特色,也是值得思考的問題.2!教學策略從%教學大綱&的安排看,本章劃分為三個單元:第一單元!第一節(jié),學習開普勒關于行星運動描述的有關知識;第二單元!第二節(jié)和第三節(jié),學習萬有引力定律的知識;第三單元!第四節(jié)至第六節(jié),學習萬有引力定律在天體運動中的有關知識.根據(jù)單元劃分,本章至少要用6課時,但課堂知識容量較小,不利于體現(xiàn)本章教材編寫的思想和風格,為此,建議本章仍采用6課時,將本章內容整理成3個專題進行教學.2.1!專題1!萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)本專題包含了教材的前三節(jié)內容,有條件的學?？山柚嗝襟w手段以學術講座的形

4、式進行,擬定2課時.教學中從地心說和日心說之爭切入,以開普勒、牛頓和卡文迪許三人在天文學方面的杰出貢獻為載體,介紹萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程.重點講清牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律所采用的 提出假設 演繹推理 驗證結談兵,很少會有什么價值.例如,要研究 在新課程視野下,物理教學評價體系的構建的問題,就要掌握教學評價的基本理論,學習多元智力理論,領會新課程倡導的教育評價主體多樣化、評價方法多樣化、以促進學生發(fā)展和教師成長的教育評價新理念,要從理論上分析傳統(tǒng)教育的過于注重甄別與選拔為目的、以考試成績?yōu)橹饕u價指標、手段單一的評價的弊端,這樣才能有效地研究新課程教學評價的技術和方法,構建出量化評價和質性評價相結合

5、的教育評價新體系.總之,教師應當在物理教育研究中把握好理論與實踐的關系:首先,物理教師應努力學習物理教育的理論,并運用物理教育理論去診斷物理教育實踐,去發(fā)現(xiàn)物理教育中存在的問題,并分析和判別出哪些是需要研究的問題.其次,對教育現(xiàn)實問題的研究,要以教育理論為指導,制定出研究的方案,并在實踐中實施.另外,對教育研究得出的結論,不僅要接受正確教育理論的分析,更重要的是還要接受教育實踐的檢驗.參考文獻:1!朱鐵成.物理教育研究.杭州:浙江大學出版社,2002,8.2!馮忠良.結構化與定向化教學心理學原理.北京:北京師范大學出版社,1999,47.3!唐尼 凱利.教育的理論與實踐引論.北京:科學出版社,

6、 1995,152.4!編寫組.教育科學研究方法基礎.上海:上海教育出版社, 1991,43.(收稿日期:2002-10-143第24卷第4期!物!理!教!師!Vol.24No.4 !2003年!PHYSICS TEACHER!(2003論 的科學方法,并注意引導學生領會.另外,卡文迪許實驗是歷史上非常著名和重要的實驗,應注意引導學生了解和體會前人是如何巧妙地將物體間非常微小的力通過放大顯現(xiàn)和測量出來的思想;關于引力常量G 可簡單向學生說明精確測量其值的重要意義.2.2!專題2!萬有引力定律的應用本專題包含了教材中第四、五兩節(jié)的內容,因此要在強化學生解題思路的展開上下狠功夫,擬定2課時.從 萬

7、有引力定律在天文學上的應用 到 人造衛(wèi)星、宇宙速度 ,只需著重講清應用萬有引力定律解題的基本思路即可.有關三個宇宙速度的理解、同步衛(wèi)星概念等,不宜過早深入,課堂上只需聯(lián)系實例,從定性角度作些說明.完成本章教學考試以后,學生對本章知識有了一定的理解掌握,采取探索性學習的方式,以習題為載體對三個宇宙速度、同步衛(wèi)星等概念進行適當?shù)?補火 .實踐表明,這樣的做法效果較好.2.3!專題3!中國的航天本專題結合地理知識以教材的第六節(jié)作為拓展點,擬定2課時.介紹我國載人航天工程( 神舟 一號、二號、三號飛船和發(fā)射的各種衛(wèi)星(附錄參考資料;介紹人類對宇宙的研究,大爆炸理論、黑洞等概念,從而激發(fā)學生的學習興趣和

8、對事物表示詫異的好奇心.可采取科普知識講座的形式來進行,也可以組織讓學生到圖書館查閱有關資料,開展研究性學習.3!附錄:人造衛(wèi)星的分類從1970年4月24日到2000年10月31日,我國發(fā)射了74個航天器,它們覆蓋了地球所擁有的4種軌道.其中有國產的實驗飛船1艘,國產的人造衛(wèi)星47顆,外國制造的衛(wèi)星26顆,現(xiàn)以47顆國產衛(wèi)星為主,簡要介紹一下它們的運行軌道.3.1!順行軌道順行軌道的特點是軌道傾角即軌道平面與地球赤道平面的夾角小于90(.在這種軌道上運行的衛(wèi)星,絕大多數(shù)離地面較近,高度僅為數(shù)百千米,故又將其稱為近地軌道.我國地處北半球,要把衛(wèi)星送入這種軌道,運載火箭要朝東南方向發(fā)射,這樣能夠利

9、用地球自西向東自轉的部分速度,從而可以節(jié)約火箭的能量.我國用長征一號、風暴一號兩種運載火箭發(fā)射的8顆科學技術試驗衛(wèi)星,用長征二號、二號丙、二號丁3種運載火箭發(fā)射的17顆返回式遙感衛(wèi)星以及用長征二號F 運載火箭發(fā)射的神舟號試驗飛船,都是用順行軌道.通過長征三號甲運載火箭發(fā)射的1顆北斗導航試驗衛(wèi)星也是采用順行軌道.3.2!逆行軌道逆行軌道的特征是軌道傾角大于90(.欲把衛(wèi)星送入這種軌道運行,運載火箭需要朝西南方向發(fā)射.此時不僅無法利用地球自轉的部分速度,而且還要付出額外能量克服地球自轉.因此,除了太陽同步軌道外,一般都不利用這類軌道.在太陽同步軌道上運行的衛(wèi)星,可在相同的時間和光照條件下觀察衛(wèi)星云

10、層和地面目標.氣象、資源、偵察等應用衛(wèi)星大多采用這類軌道.我國用長征四號火箭發(fā)射的2顆風云一號氣象衛(wèi)星和2顆測量大氣密度的地球衛(wèi)星,用長征四號2火箭發(fā)射的1顆風云一號氣象衛(wèi)星、1顆中國和巴西合制的資源一號衛(wèi)星、1顆中國資源二號衛(wèi)星、1顆實踐五號科學試驗衛(wèi)星,都采用這種軌道.3.3!赤道軌道赤道軌道的特點是軌道傾角為0(,衛(wèi)星在赤道上空運行.這種軌道有無數(shù)條,但其中的一條地球靜止軌道具有特殊的重要地位.由于衛(wèi)星飛行速度隨距地面的高度而變,軌道越高,速度越小,環(huán)繞周期越長.由計算可知,衛(wèi)星在赤道上空35786k m 高的圓形軌道上由西向東運行1周的時間,恰好是23h 56min 4s,正與地球自轉

11、一周的時間相同,這條軌道就被稱為地球靜止軌道.因為衛(wèi)星環(huán)繞周期等于地球自轉周期,兩者方向又一致,故相互之間保持相對靜止.從地面上看,衛(wèi)星猶如固定在赤道上空某一點,在靜止軌道上均勻分布3顆通信衛(wèi)星即可進行全球通信的科學設想早已變?yōu)楝F(xiàn)實.世界上主要的通信衛(wèi)星都分布在這條軌道上.有的氣象衛(wèi)星、預警衛(wèi)星也被送入靜止軌道.我國用長征三號火箭先后發(fā)射了1顆試驗衛(wèi)星、5顆東方紅二號系列通信衛(wèi)星、2顆風云二號氣象衛(wèi)星、用長征三號甲火箭發(fā)射了1顆實踐四號探測衛(wèi)星、2顆東方紅三號通信衛(wèi)星、1顆中星22號通信衛(wèi)星,這些衛(wèi)星中有10顆進入靜止軌道預定位置.發(fā)射這類衛(wèi)星,星上要攜帶遠地點發(fā)動機,運載火箭把衛(wèi)星送入大橢圓同步轉移軌道后,地面再發(fā)出指令,讓星上遠地點發(fā)動機點火,將衛(wèi)星移入靜止軌道.3.4!極地軌道軌道傾角為90(,軌道平面通過地球南北兩極