优秀教案系列
第七章万有引力与宇宙航行
教材分析
教材分析
本章是必修第二册的第七章。在第六章中,学生重点学习了圆周运动,掌握了这种典型的曲线运动的描述方法,通过科学实验和科学推理对这种运动的规律做了进一步的学习。圆周运动在高中阶段还有一种重要的应用,就是天体的运动可以近似地看成是匀速圆周运动。
学生在学习圆周运动时,先建立物理学的概念之间的关系,用以描述运动的性质,再研究这种运动的受力条件和初速度条件,最后再去理解牛顿运动定律对运动的分析和应用,也就是解决为什么这样运动的问题。天体问题也是遵循这样的研究思路,从概念到规律再到应用,不仅要求学生掌握描述圆周运动的物理量及其规律,同时要用牛顿运动定律对相关的问题进行分析。实际上,本章是圆周运动在天体问题上的进一步应用,是学生所学运动学和动力学知识的拓展和延伸,使学生对运动观念和相互作用观念逐步深入的过程。通过结合宇宙航行中多样的情境问题,经历科学思维和科学探究方法,探索天体运动的规律,以及这些规律在宇宙航行和探索未知星体的应用,实现科学态度与责任的素养目标培养。本章针对第六章拓展具体内容用以下方框表示:
第六章第七章
向心力是由某个力或者几个力的合力提供的,是根据力的作用效果命名的。天体做匀速圆周运动的向心力是由天体间的万有引力提供的。
描述圆周运动的物理量:线速度、角速度、周期、向心加速度等。根据描述天体圆周运动的物理量,求解天体的质量及密度问题。
根据牛顿运动定律,可以得到物体做匀速圆周运动的规律。根据牛顿运动定律和万有引力定律可以得到卫星的运动规律。
离心运动和近心运动问题。卫星的变轨、对接问题和宇宙航行中的三个宇宙速度的问题。
本章教材内容上虽然与原来相差不多,但编写理念有了明显的变化。
首先,教材的顺序更符合学生的认知发展。在对“太阳与行星间引力”讲解时,原教材先叙述万有引力公式的推导过程后补充引力的方向。新教材先构建了天体运动的匀速圆周运动模型,再根据学生的理论基础,确定合力的方向,最后推导万有引力的表达式。注重引导学生的思维,让学生成为学习和探究的主人。其次,重视“物理观念”素养、“科学思维”素养、“科学探究”素养的培养。相对论的两个效应、量子力学的初步知识,这些具体内容对全体学生来说有一定难度,但通过介绍这些内容,可以让学生知道科学总是在不断发展的。
学情分析
学情分析
高一学生正处于从初中的定性分析到高中定量计算的过渡,从形象思维向抽象思维,从简单的逻辑思维到复杂的分析推理的转变。具备一定的观察力、记忆力、抽象概括力、想象力,但创造力还比较欠缺。高一学生具有较强的探究欲望,并且已经学过圆周运动相关概念和规律,也具备了一定的数学基础。在学习了圆周运动后,学生开始接触天体运动的匀速圆周运动模型,这一“简单、和谐又普遍”的运动形式,还是有基础的。模型建构是科学思维的重要内容,学生对实际问题的求解普遍感到困难,这是由于学生缺乏模型建构的经历、方法和策略,所以在解决问题过程中,应展示模型建立的思维过程。例如,关于“称量”地球的质量,我们应该选择哪个物体作为研究对象?运用哪些物理规律?需要忽略的次要因素是什么?对这些问题的思考和讨论其实就是模型建构的过程。我国在航天事业上的突破,极大地激发了学生学习宇宙、航天、卫星知识的兴趣。另一方面学生对这些方面的知识知之甚少,甚至于还存在错误的观念,所以对本章的学习是非常迫切的,学生的积极性很高。
重点难点
重点难点
本章学习的是万有引力定律还有人类对天体运动规律的探究过程。第一节介绍人类对行星运动规律的认识历程,开普勒行星运动定律及其科学价值,是本章知识的先导更是学习万有引力定律的基础。第二节学习万有引力定律的建立过程,是本章的重要内容,但万有引力定律的理解并不困难。从培养学生科学思维、科学探究素养的角度,让学生经历万有引力定律的推导过程是最有价值的。第三节是应用性的内容,引导学生建立物理模型,天体质量和密度的计算方法,明确求解思路,是本章的重点也是难点。第四节介绍了万有引力定律的实践性成就,重点理解第一宇宙速度,结合航天成果研究卫星运动中基本参量的求解和比较及变轨等问题。第五节的重点是“相对论时空观”和“牛顿力学的局限性”。
课时安排
课时安排
第1节行星的运动
1课时
第2节万有引力定律
1课时
第3节万有引力理论的成就
1课时
第4节宇宙航行
2课时
第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性
1课时
第1节行星的运动
教学分析
教学分析
教学目标
1.知道地心