【單元設(shè)計(jì)】第七章《萬(wàn)有引力與宇宙航行》單元教學(xué)設(shè)計(jì)及教材分析課件高一物理人教版（2019）必修第二冊(cè)

1、高中物理必修高中物理必修2 2 第七章第七章萬(wàn)有引力與宇宙航行萬(wàn)有引力與宇宙航行單元教學(xué)設(shè)計(jì)及教材分析單元教學(xué)設(shè)計(jì)及教材分析一、單元主題分析一、單元主題分析二、整體設(shè)計(jì)思路二、整體設(shè)計(jì)思路三、主要學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)三、主要學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)四、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)與作業(yè)設(shè)計(jì)四、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)與作業(yè)設(shè)計(jì)五、附錄：萬(wàn)有引力推導(dǎo)五、附錄：萬(wàn)有引力推導(dǎo)一、單一、單 元元 主主 題題 分分 析析 本章描述了人類對(duì)天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的探究過(guò)程，展現(xiàn)了牛頓力學(xué)的巨大價(jià)值，介紹了人類走向太空的努力。對(duì)萬(wàn)有引力定律的探索和求證過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家們富有創(chuàng)造而又嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維和科學(xué)態(tài)度。對(duì)萬(wàn)有引力定律應(yīng)用的學(xué)習(xí)，使學(xué)生體會(huì)萬(wàn)有引力定律的重要價(jià)值

2、。隨著我國(guó)航天事業(yè)的飛速發(fā)展，這部分的知識(shí)也成為學(xué)生學(xué)習(xí)的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。原教材原教材 萬(wàn)有引力與航天萬(wàn)有引力與航天 1. 行星的運(yùn)動(dòng) 2. 太陽(yáng)與行星間的引力 3. 萬(wàn)有引力定律 4. 萬(wàn)有引力理論的成就 5. 宇宙航行 6. 經(jīng)典力學(xué)的局限性新教材新教材 萬(wàn)有引力與宇宙航行萬(wàn)有引力與宇宙航行 1. 行星的運(yùn)動(dòng) 2. 萬(wàn)有引力定律 3. 萬(wàn)有引力理論的成就 4. 宇宙航行 5. 相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性 回顧過(guò)去萬(wàn)有引力定律的建立過(guò)程展示現(xiàn)在萬(wàn)有引力定律成就與我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展展望未來(lái)超越牛頓力學(xué) 1.新舊教材章節(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)比新舊教材章節(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)比2.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（20

3、172017年版年版20202020年修訂年修訂） 對(duì)本單元內(nèi)容要求對(duì)本單元內(nèi)容要求曲線運(yùn)動(dòng)與曲線運(yùn)動(dòng)與萬(wàn)有引力定律萬(wàn)有引力定律課課 標(biāo)標(biāo)牛頓力學(xué)局限性牛頓力學(xué)局限性與相對(duì)論初步與相對(duì)論初步2.2.4 通過(guò)史實(shí)，了解萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程。知道萬(wàn)有引力定律。認(rèn)識(shí)發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的重要意義。認(rèn)識(shí)科學(xué)定律對(duì)人類探索未知世界的作用。 2.2.5 會(huì)計(jì)算人造地球衛(wèi)星的環(huán)繞速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。2.3.1 知道牛頓力學(xué)的局限性，體會(huì)人類對(duì)自然界的探索是不斷深入的。 2.3.2 初步了解相對(duì)論時(shí)空觀。 2.3.3 關(guān)注宇宙起源和演化的研究進(jìn)展。 3.單元教學(xué)流程單元教學(xué)流程對(duì)行星運(yùn)對(duì)行星運(yùn)

4、動(dòng)的思考動(dòng)的思考行星運(yùn)動(dòng)行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律的規(guī)律第第1節(jié)節(jié)行星的運(yùn)行星的運(yùn)動(dòng)動(dòng)天體運(yùn)動(dòng)天體運(yùn)動(dòng)的原因的原因萬(wàn)有引力萬(wàn)有引力定律定律第第2節(jié)節(jié)萬(wàn)有引力萬(wàn)有引力定律定律探測(cè)未知天體探測(cè)未知天體衛(wèi)星發(fā)射衛(wèi)星發(fā)射萬(wàn)有引力定律萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用的應(yīng)用第第3、4節(jié)節(jié)萬(wàn)有引力定律萬(wàn)有引力定律成就與航行成就與航行宏觀與低速宏觀與低速微觀與高速微觀與高速牛頓定律牛頓定律的局限性的局限性第第5節(jié)節(jié)相對(duì)論時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)局限性牛頓力學(xué)局限性運(yùn)動(dòng)學(xué)視角運(yùn)動(dòng)學(xué)視角動(dòng)力學(xué)視角動(dòng)力學(xué)視角運(yùn)動(dòng)與相互運(yùn)動(dòng)與相互作用視角作用視角從運(yùn)動(dòng)與相互作用視角認(rèn)識(shí)行星運(yùn)動(dòng)4.4.本單元內(nèi)容分本單元內(nèi)容分析析核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)過(guò)程

5、科學(xué)思維科學(xué)探究基于觀測(cè)尋找規(guī)律提出問(wèn)題實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證總結(jié)規(guī)律實(shí)踐檢驗(yàn)局限發(fā)展開普勒三定律太陽(yáng)與行星的力月地檢驗(yàn)萬(wàn)有引力定律科學(xué)成就模型建構(gòu)科學(xué)推理科學(xué)論證質(zhì)疑創(chuàng)新問(wèn)題證據(jù)解釋交流運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念科學(xué)態(tài)度與責(zé)任5.5.單元學(xué)情分析單元學(xué)情分析知 識(shí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律曲線運(yùn)動(dòng)圓周運(yùn)動(dòng)知 識(shí)開普勒定律萬(wàn)有引力定律牛頓力學(xué)局限性能力模型建構(gòu)能力邏輯分析能力科學(xué)論證能力能力數(shù)學(xué)方法研究問(wèn)題科學(xué)思維極限、質(zhì)疑科學(xué)探究解釋、論證認(rèn)知基礎(chǔ)認(rèn)知發(fā)展點(diǎn)思維障礙點(diǎn)：空間轉(zhuǎn)換月地檢驗(yàn)認(rèn)識(shí)思路6.6.單元核心素養(yǎng)目標(biāo)單元核心素養(yǎng)目標(biāo)（1 1）運(yùn)動(dòng)的觀念：）運(yùn)動(dòng)的觀念：開普勒從運(yùn)動(dòng)的視角分析行星運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，探究行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律，

6、得到開普勒三個(gè)定律。 （2 2）相互作用觀念：）相互作用觀念：能從運(yùn)動(dòng)與相互作用的視角研究行星運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)原因，得到萬(wàn)有引力定律。 （1）通過(guò)分析行星運(yùn)動(dòng)，建構(gòu)行星運(yùn)動(dòng)的軌道模型；能用數(shù)學(xué)方法分析并歸納概括出開普勒定律。（2）能運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析推理出太陽(yáng)和行星間的相互作用力。（1）能對(duì)行星運(yùn)動(dòng)原因，提出猜想、設(shè)計(jì)方案、獲取證據(jù)、分析結(jié)論、解釋交流得出萬(wàn)有引力定律；通過(guò)分析行星運(yùn)動(dòng)，建構(gòu)行星運(yùn)動(dòng)的軌道模型；能用數(shù)學(xué)方法分析并歸納概括出開普勒定律。（2）能運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力設(shè)計(jì)“天問(wèn)一號(hào)”發(fā)射方案。（1）通過(guò)物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，體會(huì)科學(xué)發(fā)展過(guò)程的曲折與艱辛。（2）通過(guò)對(duì)黑洞、牛頓力學(xué)局限性

7、的學(xué)習(xí)，樹立正確的科學(xué)認(rèn)識(shí)。（3）對(duì)我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展的了解有助于增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感。（4）對(duì)未知領(lǐng)域的探索增強(qiáng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的熱愛，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。二、整二、整 體體 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 思思 路路從運(yùn)動(dòng)與相互作用視角認(rèn)識(shí)行星運(yùn)動(dòng)“向天之問(wèn)”如何實(shí)現(xiàn)火星探測(cè)器“天問(wèn)一號(hào)”發(fā)射成功？任務(wù)1：探索行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律任務(wù)2：探究行星運(yùn)動(dòng)的原因任務(wù)3：萬(wàn)有引力與天文學(xué)的 新發(fā)現(xiàn)任務(wù)4：如何實(shí)現(xiàn)“天問(wèn)一號(hào)” 成功發(fā)射任務(wù)5：“超光速”的星際航行核心任務(wù)：如何實(shí)現(xiàn)火星探測(cè)器“天問(wèn)一號(hào)”發(fā)射成功？任務(wù)分解學(xué)習(xí)內(nèi)容課時(shí)安排任務(wù)1：探索行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律開普勒定律1任務(wù)2：探究行星運(yùn)動(dòng)的原因“月地檢驗(yàn)”萬(wàn)有引力定律2任務(wù)3

8、：萬(wàn)有引力與天文學(xué)的 新發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力理論的成就1任務(wù)4：如何實(shí)現(xiàn)“天問(wèn)一號(hào)” 成功發(fā)射宇宙速度人造衛(wèi)星衛(wèi)星發(fā)射與變軌2任務(wù)5：星際旅行能超光速嗎？相對(duì)論時(shí)空觀牛頓力學(xué)局限性1 火星是人類最早注意到的天體之一，火紅色的外觀格外惹人注意，古人稱“螢星”。 2020年7月27日，“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器成功發(fā)射，邁出我國(guó)行星探測(cè)的第一步。2021年5月15日7時(shí)18分，天問(wèn)一號(hào)成功著陸火星，成功完成“繞、落、巡”探測(cè)任務(wù)。 火星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道有何特點(diǎn)？是什么力量支配著火星的運(yùn)動(dòng)？如何克服地面束縛，成功發(fā)射“天問(wèn)一號(hào)”？浩瀚的星空中，我們能否超光速航行呢？情境設(shè)計(jì)情境設(shè)計(jì)三、主三、主 要要 學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí)

9、 活活 動(dòng)動(dòng) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)任務(wù)1 探索行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律活動(dòng)活動(dòng)內(nèi)容問(wèn)題設(shè)置活動(dòng)1交流天體運(yùn)動(dòng)的研究歷程(1)日心說(shuō)與地心說(shuō)只是參考系的變化嗎？(2)第谷為什么沒(méi)有發(fā)現(xiàn)行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？(3)研究行星運(yùn)動(dòng)時(shí)，科學(xué)家建構(gòu)了哪些物理模型？活動(dòng)2認(rèn)識(shí)橢圓軌道(1)觀察太陽(yáng)系八大行星軌跡的數(shù)據(jù)特點(diǎn)。活動(dòng)3歸納行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(1)開普勒第一、第二、第三定律描述的關(guān)鍵問(wèn)題是什么？(2)“行星繞太陽(yáng)的軌道十分接近圓”，有多接近？(3)開普勒定律對(duì)地球衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)是否適用？活動(dòng)1交流天體運(yùn)動(dòng)的研究歷程(1)課前布置任務(wù)：閱讀科學(xué)漫步“人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)”或查找有關(guān)描述天體運(yùn)動(dòng)的歷史資料。(“學(xué)生分享問(wèn)題討論師生總

10、結(jié)”)(2)問(wèn)題討論-1描述運(yùn)動(dòng)上描述運(yùn)動(dòng)上，不同的參考系中，運(yùn)動(dòng)規(guī)律的繁簡(jiǎn)程度可能大不相同。 體會(huì)物理觀念的形成、模型的建構(gòu)方法！(2)問(wèn)題討論-2“對(duì)火星逆行的解釋”2014年和2016年觀測(cè)到的兩次火星軌道“逆行”現(xiàn)象(2)問(wèn)題討論-3“地心說(shuō)的蓋棺定論” 1610年，伽利略首次發(fā)現(xiàn)木星在空中移動(dòng)時(shí)，有4個(gè)“月球（木衛(wèi)1、2、3、4）仍環(huán)繞木星公轉(zhuǎn)。說(shuō)明并非所有天體均環(huán)繞地球旋轉(zhuǎn)，贊同哥白尼日心說(shuō)的有關(guān)行星運(yùn)動(dòng)的主要依據(jù)。 從地心說(shuō)到日心說(shuō)不僅僅是一個(gè)參考系的改變，更多的意義是一種科學(xué)革命，使人們的科學(xué)觀念發(fā)生了根本變革。“地球也是運(yùn)動(dòng)的”破除了絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的概念“宇宙中心的轉(zhuǎn)移”導(dǎo)致宇宙沒(méi)

11、有中心的概念(3)總結(jié)行星運(yùn)動(dòng)的科學(xué)探索歷程，理清思路。天文學(xué)起步前500150托勒密地心說(shuō)1543哥白尼日心說(shuō)1546第谷出生1600開普勒任第谷助手1609開普勒第一定律第二定律伽利略發(fā)明望遠(yuǎn)鏡1619開普勒第三定律 大約公元前500年，以畢達(dá)哥拉斯為首的希臘學(xué)派提出，太陽(yáng)、月亮和水星、金星、火星、木星和土星這七個(gè)星體中的每一個(gè)都附在一個(gè)以地球?yàn)橹行牡耐该鞔笄驓ど希鏊俾什煌膭蛩賵A周運(yùn)動(dòng)。為了解釋“火星的逆行”，公元150年前后，托勒密利用“本輪”和“均輪”解釋行星的運(yùn)動(dòng)，“輪上輪”的總數(shù)達(dá)到80多個(gè)。1543年，波蘭學(xué)者哥白尼在他臨終的病榻上為其畢生致力的著作天體運(yùn)行論簽上了自己的名字

12、，預(yù)示了地心論的終結(jié)。天才的觀測(cè)家第谷，建立了天文臺(tái)，精確地確定了777顆星體的位置，并把測(cè)量精度由10減小到2。開普勒經(jīng)過(guò)70多次嘗試，哥白尼軌道與第谷的觀測(cè)有8的誤差，他沒(méi)有忽視這8的誤差，而是對(duì)天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)提出了懷疑。終于于1609年和1619年發(fā)表了行星運(yùn)動(dòng)的三個(gè)定律。被稱為“中世紀(jì)科學(xué)與近代科學(xué)的分水嶺”。 1609年伽利略利用望遠(yuǎn)鏡探查天空，發(fā)現(xiàn)了圍繞木星旋轉(zhuǎn)的衛(wèi)星，證明地球不是天體運(yùn)行的中心?；顒?dòng)2認(rèn)識(shí)橢圓軌道定義：平面內(nèi)一個(gè)動(dòng)點(diǎn)定義：平面內(nèi)一個(gè)動(dòng)點(diǎn)P到兩個(gè)定點(diǎn)到兩個(gè)定點(diǎn)F1、F2之和為常數(shù)，這個(gè)動(dòng)點(diǎn)的軌跡為橢圓。之和為常數(shù)，這個(gè)動(dòng)點(diǎn)的軌跡為橢圓。這兩個(gè)定點(diǎn)為橢圓的焦點(diǎn)。這

13、兩個(gè)定點(diǎn)為橢圓的焦點(diǎn)?；顒?dòng)3歸納行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 通過(guò)分析觀測(cè)數(shù)據(jù)，體會(huì)開普勒第三定律。 開普勒定律對(duì)地球衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)是適用的。圓橢圓圓太陽(yáng)行星a簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化太陽(yáng)行星r任務(wù)2 探索行星運(yùn)動(dòng)的原因活動(dòng)活動(dòng)內(nèi)容問(wèn)題設(shè)置活動(dòng)1建構(gòu)模型，推導(dǎo)太陽(yáng)與行星引力表達(dá)式(1)建立怎樣的行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)模型？(2)什么原因使行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)？(3)根據(jù)牛頓定律和開普勒第三定律，推導(dǎo)太陽(yáng)對(duì)行星引力的表達(dá)式？活動(dòng)2研究地球吸引月亮的力的性質(zhì)(1)月球?yàn)槭裁蠢@地球公轉(zhuǎn)？地面的蘋果為什么下落？(2)地球?qū)υ虑虻牧?、?duì)蘋果的力性質(zhì)相同嗎？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證呢？活動(dòng)3認(rèn)識(shí)萬(wàn)有引力定律(1)萬(wàn)有引力定律的適用條件？(2)估算下操場(chǎng)上兩個(gè)相

14、距0.5m的兩個(gè)籃球間的引力?；顒?dòng)4如何測(cè)定引力常數(shù)G？(1)卡文迪什扭秤實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)巧妙在哪里？(2)引力常量G的測(cè)定有何實(shí)際意義？活動(dòng)1建構(gòu)模型，推導(dǎo)太陽(yáng)與行星引力表達(dá)式一切物體都有一切物體都有合并的合并的趨勢(shì)趨勢(shì)，這種趨勢(shì)導(dǎo)致，這種趨勢(shì)導(dǎo)致物體做圓周運(yùn)動(dòng)。物體做圓周運(yùn)動(dòng)。伽利略伽利略行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)是因?yàn)槭艿搅诵行抢@太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)是因?yàn)槭艿搅颂?yáng)對(duì)太陽(yáng)對(duì)它的引力它的引力，甚至證明了如果行星的軌，甚至證明了如果行星的軌道是圓形的，它所受引力的大小跟行道是圓形的，它所受引力的大小跟行星到太陽(yáng)的距離的二次方成反比。星到太陽(yáng)的距離的二次方成反比。胡克胡克笛卡爾笛卡爾宇宙由不停旋轉(zhuǎn)宇宙由不停旋轉(zhuǎn)著的微粒所組

15、成，著的微粒所組成，微粒的運(yùn)動(dòng)形成微粒的運(yùn)動(dòng)形成漩渦漩渦。太陽(yáng)和行。太陽(yáng)和行星在各自的漩渦星在各自的漩渦中。行星的漩渦中。行星的漩渦帶動(dòng)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)的漩渦帶動(dòng)太陽(yáng)的漩渦帶動(dòng)行星和衛(wèi)星一起行星和衛(wèi)星一起運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。rTmF224行kTr23224rmkF2rmF 太mF 2rmmGF太2rmmF太從行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律到萬(wàn)有引力定律的建立過(guò)程，使學(xué)生經(jīng)歷完整的科學(xué)探究過(guò)程?；顒?dòng)2研究地球吸引月亮的力的性質(zhì)想法由來(lái)？目的：檢驗(yàn)讓月亮“下落”的力與讓蘋果下落的力是否遵循同樣的規(guī)律？2rmmGF地月2rmGmFa地月月2RmmGF地蘋2RmGmFa地蘋蘋22rRaa蘋月36001蘋月aa月球與

16、地球中心距離月球與地球中心距離r約為地球半徑約為地球半徑R R的的6060倍倍活動(dòng)2月地檢驗(yàn)如何設(shè)計(jì)方案檢驗(yàn)?zāi)兀?16841684年，牛頓用了相當(dāng)復(fù)雜的幾何方法，考慮到開普勒第二定律，明年，牛頓用了相當(dāng)復(fù)雜的幾何方法，考慮到開普勒第二定律，明確地證明了在行星的橢圓軌道下萬(wàn)有引力的表達(dá)式依然成立。確地證明了在行星的橢圓軌道下萬(wàn)有引力的表達(dá)式依然成立。活動(dòng)4如何測(cè)定引力常數(shù)G？1789卡文迪什在室外用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)扭秤卡文迪什在室外用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)扭秤 牛頓得出萬(wàn)有引力定律牛頓得出萬(wàn)有引力定律111111年年后，英國(guó)物理學(xué)家卡文迪什在實(shí)驗(yàn)后，英國(guó)物理學(xué)家卡文迪什在實(shí)驗(yàn)室測(cè)出了引力常量。室測(cè)出了引力常量?？?/p>

17、學(xué)方法科學(xué)方法 轉(zhuǎn)化思想、放大法轉(zhuǎn)化思想、放大法活動(dòng)4如何測(cè)定引力常數(shù)G？ 萬(wàn)有引力常量是目前測(cè)得最不精確的一個(gè)基本物理常量，因?yàn)橐μ?，萬(wàn)有引力常量是目前測(cè)得最不精確的一個(gè)基本物理常量，因?yàn)橐μ?，又不能屏蔽?duì)它的干擾，實(shí)驗(yàn)很難做。又不能屏蔽對(duì)它的干擾，實(shí)驗(yàn)很難做。 2018 2018年年8 8月月3030日，日，自然自然刊發(fā)了中國(guó)科學(xué)院院士刊發(fā)了中國(guó)科學(xué)院院士羅俊團(tuán)隊(duì)用兩種方法最新測(cè)量的萬(wàn)有引力常數(shù)羅俊團(tuán)隊(duì)用兩種方法最新測(cè)量的萬(wàn)有引力常數(shù)G值，為值，為6.6741846.674184（6.6744846.674484）1010-11-11m m3 3/(kgs/(kgs2 2) ) ，

18、不確定度僅，不確定度僅為為0.00116%0.00116%， 英國(guó)物理學(xué)家坡印廷曾對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)下過(guò)這樣的評(píng)語(yǔ)英國(guó)物理學(xué)家坡印廷曾對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)下過(guò)這樣的評(píng)語(yǔ):“:“開創(chuàng)了弱力測(cè)量開創(chuàng)了弱力測(cè)量的新時(shí)代。的新時(shí)代?！笨ㄎ牡鲜惨脖蝗藗冏u(yù)為卡文迪什也被人們譽(yù)為“第一個(gè)稱地球的人第一個(gè)稱地球的人”。任務(wù)3 萬(wàn)有引力與天文學(xué)的新發(fā)現(xiàn)活動(dòng)活動(dòng)內(nèi)容問(wèn)題設(shè)置活動(dòng)1萬(wàn)有引力如何被檢驗(yàn)？(1)預(yù)言哈雷彗星的回歸(2)預(yù)言未知天體活動(dòng)2研究不同緯度重力變化的原因(1)萬(wàn)有引力與地面物體重力的關(guān)系？(2)同一物體在不同位置的稱重為什么有變化？活動(dòng)3稱一稱“地球質(zhì)量”(1)如何稱量地球的質(zhì)量？(2)如何測(cè)量太陽(yáng)的質(zhì)量？活動(dòng)4

19、探索萬(wàn)有引力定律其他應(yīng)用查詢資料，了解萬(wàn)有引力定律還有哪些應(yīng)用（如預(yù)測(cè)地球形狀、解釋潮汐現(xiàn)象、指導(dǎo)重力探礦等）活動(dòng)1萬(wàn)有引力如何被檢驗(yàn)？ 一個(gè)成功的理論不僅要能解釋已知的事實(shí)，更重要的是能預(yù)言一個(gè)成功的理論不僅要能解釋已知的事實(shí)，更重要的是能預(yù)言未知的現(xiàn)象。未知的現(xiàn)象。 科學(xué)探究科學(xué)探究 “ “問(wèn)題問(wèn)題”素養(yǎng)素養(yǎng)活動(dòng)2研究不同緯度重力變化的原因(1)忽略地球自轉(zhuǎn)影響（模型建構(gòu)）地球質(zhì)量：黃金代換：重力加速度：N1FN2Fmg赤赤mg極極(2)考慮地球自轉(zhuǎn)影響（模型建構(gòu)）兩極：不自轉(zhuǎn)平衡態(tài)：F=N，地面看 N1=mg極，mg極即為F。赤道：隨地球自轉(zhuǎn)勻速圓周運(yùn)動(dòng)： F - N2=m2R，地面看

20、N2=mg赤，即mg赤=F-m2R。兩極重力加速度大，赤道小。F向向rRF萬(wàn)萬(wàn)Nmg某一緯度：先找圓周，r = R cos向心力為 F 與 N3 合力。地面看 N3=mg，相當(dāng)于F 分解為mg和向心力。二者夾角： m2Rcossin/F二者大小差異：mg F - m2Rcos2m 0.002 rad =0.115 已知地球半徑為6400km，地球自轉(zhuǎn)一周24小時(shí)?？山朴?jì)算赤道處物體隨地球轉(zhuǎn)動(dòng)的向心加速度。 活動(dòng)3稱一稱“地球質(zhì)量”稱量地球質(zhì)量稱量地球質(zhì)量計(jì)算天體質(zhì)量計(jì)算天體質(zhì)量“不考慮地球不考慮地球自轉(zhuǎn)影響自轉(zhuǎn)影響”MgGM=gR2研究行星，由研究行星，由F引引=F向向 可求恒星的質(zhì)量?？汕?/p>

21、恒星的質(zhì)量。方法方法研究行星的衛(wèi)星，由研究行星的衛(wèi)星，由F引引=F向向 可求行星的可求行星的質(zhì)量。質(zhì)量。推廣推廣研究公轉(zhuǎn)天體，由研究公轉(zhuǎn)天體，由F引引=F向向 可求中心天體可求中心天體質(zhì)量。質(zhì)量。一般方法一般方法需已知半徑需已知半徑 r 和和一個(gè)運(yùn)動(dòng)量（一個(gè)運(yùn)動(dòng)量（T、v、a、），或），或其他等效條件其他等效條件關(guān)于開普勒關(guān)于開普勒第三定律第三定律 r3/T2的問(wèn)題的問(wèn)題任務(wù)4 如何實(shí)現(xiàn)“天問(wèn)一號(hào)”成功發(fā)射活動(dòng)活動(dòng)內(nèi)容問(wèn)題設(shè)置活動(dòng)1多大速度才能發(fā)射人造地球衛(wèi)星？(1)地面拋出的物體速度越來(lái)遠(yuǎn)大，還做平拋運(yùn)動(dòng)嗎？(2)物體繞地球運(yùn)行的速度多大？活動(dòng)2比較不同軌道的人造衛(wèi)星(1)繞行地球的衛(wèi)星，它

22、的軌道中心在哪里？(2)高軌道與低軌道衛(wèi)星相比，哪個(gè)運(yùn)行速度大？(3)地球同步衛(wèi)星的軌道和周期有什么特點(diǎn)？活動(dòng)3揭秘：“天問(wèn)一號(hào)”的發(fā)射與軌道轉(zhuǎn)移(1)“天問(wèn)一號(hào)”發(fā)射速度大于第二宇宙速度嗎？(2)“天問(wèn)一號(hào)”是如何變軌的？活動(dòng)4了解我國(guó)的載人航天與太空探索歷程查詢資料，匯報(bào)交流：我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展制作海報(bào)：載人航天與太空探索的大事記活動(dòng)1多大速度才能發(fā)射人造地球衛(wèi)星？方法一：方法一：物體在地球附近繞地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)作用可以忽略物體在地球附近繞地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)作用可以忽略方法二：方法二：物體在地球附近繞地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，可近似認(rèn)為向心力物體在地球附近繞地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，可近似認(rèn)為向心力是由重力提供的是由重

23、力提供的活動(dòng)2比較不同軌道的人造衛(wèi)星Mrm環(huán)繞天體中心天體將環(huán)繞天體的運(yùn)動(dòng)視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，發(fā)展力與運(yùn)動(dòng)的觀念將環(huán)繞天體的運(yùn)動(dòng)視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，發(fā)展力與運(yùn)動(dòng)的觀念活動(dòng)3“天問(wèn)一號(hào)”的發(fā)射與軌道轉(zhuǎn)移發(fā)射速度：發(fā)射速度：衛(wèi)星在地面附近離開發(fā)射裝置時(shí)相對(duì)于地心的運(yùn)動(dòng)速度；衛(wèi)星在地面附近離開發(fā)射裝置時(shí)相對(duì)于地心的運(yùn)動(dòng)速度；運(yùn)行速度：運(yùn)行速度：指衛(wèi)星在軌道繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于地心的線速度。指衛(wèi)星在軌道繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于地心的線速度。實(shí)際發(fā)射繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星，全程速度均可小于第一宇宙速度。“天舟一號(hào)”船箭分離參數(shù)從地表發(fā)射的速度從地表發(fā)射的速度活動(dòng)3揭秘：“天問(wèn)一號(hào)”的發(fā)射與軌道轉(zhuǎn)移(1

24、)變軌點(diǎn)P、Q 處的情況軌道3到2、軌道2到1(2)在橢圓軌道上從PQP 的速度變化？PQ123活動(dòng)4我國(guó)的載人航天與太空探索歷程中國(guó)航天事業(yè)的三個(gè)里程碑：中國(guó)航天事業(yè)的三個(gè)里程碑：19701970年年4 4月月2424日成功發(fā)日成功發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星。射第一顆人造地球衛(wèi)星。20032003年年1010月月1515日楊利偉乘坐日楊利偉乘坐“神舟五號(hào)神舟五號(hào)”飛船遨游太空飛船遨游太空, ,中國(guó)第一次載人航天飛船進(jìn)中國(guó)第一次載人航天飛船進(jìn)入太空。入太空。20072007年年1010月月2424日日“嫦娥一號(hào)嫦娥一號(hào)”衛(wèi)衛(wèi)星的成功發(fā)射星的成功發(fā)射, ,中國(guó)開始對(duì)月球進(jìn)中國(guó)開始對(duì)月球進(jìn)行探測(cè)活動(dòng)。

25、行探測(cè)活動(dòng)。探月工程探月工程增加航天成就，進(jìn)行情感態(tài)度教育 任務(wù)5 星際旅行能超光速嗎？活動(dòng)活動(dòng)內(nèi)容問(wèn)題設(shè)置活動(dòng)1能夠超光速嗎？(1)星球上的觀察者測(cè)量到的激光速度是多少?(2)光傳播的速度是 c ，是相對(duì)哪個(gè)參考系的?(3)為解決力學(xué)和實(shí)驗(yàn)矛盾，愛因斯坦做了什么假設(shè)?活動(dòng)2同時(shí)是相對(duì)的嗎？(1)同時(shí)是相對(duì)的嗎？(2)空間距離是否也會(huì)與物體的運(yùn)動(dòng)有關(guān)?(3)上述表達(dá)式有沒(méi)有得到實(shí)驗(yàn)的證明?活動(dòng)3經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是什么？(1)經(jīng)典力學(xué)取得的偉大成就有哪些?(2)經(jīng)典力學(xué)還有什么領(lǐng)域不能用?(3)經(jīng)典力學(xué)過(guò)時(shí)了嗎? 我們是否仍要學(xué)習(xí)經(jīng)典力學(xué)?活動(dòng)1能夠超光速嗎？問(wèn)題情景: 設(shè)想人類可以利用飛船以

26、 0. 2c 的速度進(jìn)行星際航行，若飛船向正前方的某一星球發(fā)射一束激光觀察者看到的光速多大？時(shí)間延緩效應(yīng)長(zhǎng)度收縮效應(yīng)活動(dòng)2同時(shí)是相對(duì)的嗎？實(shí)驗(yàn)證據(jù)：子壽命變長(zhǎng) 19711971年，美國(guó)科學(xué)家將幾只銫原年，美國(guó)科學(xué)家將幾只銫原子鐘同步，然后把其中的四只分子鐘同步，然后把其中的四只分別放在兩架飛機(jī)上，一架向東飛，別放在兩架飛機(jī)上，一架向東飛，一架向西飛，最后發(fā)現(xiàn)跟留在地一架向西飛，最后發(fā)現(xiàn)跟留在地面的鐘相比，向東飛的飛機(jī)上的面的鐘相比，向東飛的飛機(jī)上的鐘鐘慢了慢了5959納秒，而向西飛的飛機(jī)納秒，而向西飛的飛機(jī)上的鐘快了上的鐘快了273273納秒納秒 在現(xiàn)代常用的粒子加速器中，粒子可以被加速到在現(xiàn)

27、代常用的粒子加速器中，粒子可以被加速到0.9998c0.9998c的高速。從表中可以看的高速。從表中可以看出，這時(shí)從加速器中高速運(yùn)動(dòng)的粒子的角度觀測(cè)，原長(zhǎng)出，這時(shí)從加速器中高速運(yùn)動(dòng)的粒子的角度觀測(cè)，原長(zhǎng)1m1m的管道，沿它運(yùn)動(dòng)方向測(cè)的管道，沿它運(yùn)動(dòng)方向測(cè)量?jī)H有約量?jī)H有約2cm2cm了。了。高能加速器實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了高能加速器實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了相對(duì)論時(shí)空觀的正確性相對(duì)論時(shí)空觀的正確性長(zhǎng)度收縮與運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系長(zhǎng)度收縮與運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系速度速度v（m/s)靜止長(zhǎng)度靜止長(zhǎng)度(m) 運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度(m)0.1c10.9950.5c10.8660.8c10.60.9c10.4360.97c10.2430.99c10.1410.999c10.0450.9998c10.02實(shí)驗(yàn)證據(jù)空間和時(shí)間空間和時(shí)間是兩個(gè)獨(dú)立是兩個(gè)獨(dú)立的觀念，彼的觀念，彼此間沒(méi)有聯(lián)此間沒(méi)有聯(lián)系。系。絕對(duì)時(shí)絕對(duì)時(shí)空觀空觀空間距離空間距離和時(shí)間進(jìn)和時(shí)間進(jìn)程都跟物程都跟物體的運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。狀態(tài)有關(guān)。相對(duì)論相對(duì)論絕對(duì)時(shí)絕對(duì)時(shí)空觀空觀活動(dòng)3經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是什么？ 經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律，萬(wàn)有引力定律更是確立了牛頓的地位。牛頓運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律在宏觀、低速的廣闊領(lǐng)域經(jīng)受了實(shí)踐的檢驗(yàn)。高速世界相對(duì)論微觀世界量子