第5章萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用

本章課程標(biāo)準(zhǔn)及解讀：（1）通過(guò)有關(guān)事實(shí)了解萬(wàn)有引力的發(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，體會(huì)科學(xué)定律對(duì)人類探索未知世界的作用。第5章萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用本章課程標(biāo)準(zhǔn)及解讀：1通過(guò)史實(shí)了解萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，這里強(qiáng)調(diào)了對(duì)物理學(xué)發(fā)展歷程的展示，體現(xiàn)了學(xué)科滲透的理念。當(dāng)然學(xué)生不僅要了解發(fā)現(xiàn)過(guò)程，而且還應(yīng)知道萬(wàn)有引力定律。

萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)具有非常重要的意義，如促使物理學(xué)完成了第一次大綜合，預(yù)測(cè)了當(dāng)時(shí)的未知天體，使人造衛(wèi)星上天等等，萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)讓人類對(duì)世界有了更多的認(rèn)識(shí)，學(xué)生應(yīng)由此體會(huì)科學(xué)定律對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的作用。

通過(guò)史實(shí)了解萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，這里強(qiáng)調(diào)了對(duì)物理學(xué)發(fā)展歷2（2）會(huì)計(jì)算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。

（2）會(huì)計(jì)算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速3學(xué)生應(yīng)該知道什么是環(huán)繞速度，會(huì)通過(guò)公式計(jì)算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度，知道為什么人造衛(wèi)星不會(huì)從天上掉下來(lái)。

學(xué)生還應(yīng)知道什么是第二宇宙速度和第三宇宙速度，什么情況下衛(wèi)星達(dá)到第二宇宙速度和第三宇宙速度。

這些內(nèi)容學(xué)生會(huì)很感興趣，因此可以組織學(xué)生觀看有關(guān)人造地球衛(wèi)星、航天飛機(jī)、空間站的錄像片等，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，了解人類在這方面的進(jìn)展。學(xué)生應(yīng)該知道什么是環(huán)繞速度，會(huì)通過(guò)公式計(jì)算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度4（3）通過(guò)實(shí)例，了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就，體會(huì)經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的價(jià)值與意義，認(rèn)識(shí)經(jīng)典力學(xué)的實(shí)用范圍和局限性。（3）通過(guò)實(shí)例，了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就，體會(huì)經(jīng)典力5本條目要求學(xué)生從歷史的角度，通過(guò)實(shí)例了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程，了解經(jīng)典物理的偉大成就及其對(duì)人類社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的影響，例如，讓學(xué)生了解經(jīng)典力學(xué)對(duì)航天技術(shù)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)等，再如，讓學(xué)生比較重物下落與天體運(yùn)動(dòng)的多樣性與統(tǒng)一性，了解萬(wàn)有引力定律對(duì)科學(xué)發(fā)展所起的重要作用，由此，讓學(xué)生體會(huì)經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的價(jià)值與意義。在實(shí)踐活動(dòng)中可以讓學(xué)生收集我國(guó)和世界航天事業(yè)發(fā)展歷史和前景的資料，寫(xiě)出調(diào)查報(bào)告等。本條目要求學(xué)生從歷史的角度，通過(guò)實(shí)例了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程，6當(dāng)然隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，經(jīng)典力學(xué)也逐步顯現(xiàn)出一定的局限性，因此，本條目要求學(xué)生認(rèn)識(shí)經(jīng)典力學(xué)的實(shí)用范圍和局限性。這有利于學(xué)生整體上了解物理學(xué)的發(fā)展歷程，把握物理學(xué)的主要思想。

當(dāng)然隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，經(jīng)典力學(xué)也逐步顯現(xiàn)出一定的局7（4）體會(huì)科學(xué)研究方法對(duì)人們認(rèn)識(shí)自然的重要作用。舉例說(shuō)明物理學(xué)的進(jìn)展對(duì)于自然科學(xué)的促進(jìn)作用。

（4）體會(huì)科學(xué)研究方法對(duì)人們認(rèn)識(shí)自然的重要作用。舉例說(shuō)明物理8在學(xué)習(xí)共同必修課程時(shí)，學(xué)生還應(yīng)體會(huì)科學(xué)研究方法對(duì)人們認(rèn)識(shí)自然的重要作用。物理學(xué)是一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科，對(duì)其他學(xué)科的發(fā)展發(fā)揮了重要的作用，因此，學(xué)生應(yīng)該通過(guò)實(shí)例了解物理學(xué)的發(fā)展對(duì)自然科學(xué)的進(jìn)步的重要作用。

在學(xué)習(xí)共同必修課程時(shí)，學(xué)生還應(yīng)體會(huì)科學(xué)研究方法對(duì)人們認(rèn)識(shí)自然9本章學(xué)習(xí)萬(wàn)有引力定律和天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律方面的有關(guān)知識(shí)；培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題的能力和建立假設(shè)的能力。本章重點(diǎn)是理解萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容、了解衛(wèi)星發(fā)射的基本原理；難點(diǎn)是運(yùn)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算衛(wèi)星的環(huán)繞速度。通過(guò)本章學(xué)習(xí)，了解經(jīng)典力學(xué)對(duì)航天技術(shù)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)；通過(guò)用萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)未知天體的事實(shí)，了解科學(xué)定律對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的作用。了解科學(xué)探索過(guò)程的曲折與艱辛，體會(huì)科學(xué)家勇于探索，實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神。編者編寫(xiě)意圖：編者編寫(xiě)意圖：10課程簡(jiǎn)介本章從“嫦娥奔月到‘阿波羅’上天”導(dǎo)入，按“萬(wàn)有引力定律及常量的測(cè)定”、“萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用”、“人類對(duì)太空的不懈追求”三部分編寫(xiě)。

通過(guò)導(dǎo)入嫦娥奔月的神話與“阿波羅”的現(xiàn)實(shí)對(duì)比，一方面讓學(xué)生體會(huì)人類在不懈追求中的偉大成就，另一方面也由此激發(fā)學(xué)生對(duì)“阿波羅”上天的好奇與求知欲，為萬(wàn)有引力定律的引進(jìn)鋪墊；接著介紹行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律、萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定等；然后通過(guò)衛(wèi)星上天、未知天體的預(yù)測(cè)等凸秒顯萬(wàn)有引力定律對(duì)人類社會(huì)進(jìn)步和科學(xué)發(fā)展的促進(jìn)作用；最后通過(guò)“古希臘人的思考”、“文藝復(fù)興的撞擊”、“牛頓的大綜合”、“對(duì)太空的探索”等，展示了萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，反映了科學(xué)探索過(guò)程的曲折與艱辛，體現(xiàn)了科學(xué)家勇于探索、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神，凸現(xiàn)了牛頓對(duì)物理學(xué)上第一次大綜合的重要意義，介紹了人類在探索太空中取得的偉大成就。課程簡(jiǎn)介本章從“嫦娥奔月到‘阿波羅’上天”導(dǎo)入，按“萬(wàn)有引力11第1節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的

測(cè)定

一、

內(nèi)容與地位

根據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》共同必修模塊“物理2”對(duì)本節(jié)的要求，在教與學(xué)的過(guò)程中應(yīng)讓學(xué)生領(lǐng)悟到萬(wàn)有引力定律揭示了自然界最普遍的一種相互作用，它的發(fā)現(xiàn)具有非常重要的意義，如促使物理學(xué)完成了第一次大綜合。引力常量的測(cè)定又賦予了萬(wàn)有引力定律真正的實(shí)用價(jià)值。沿著歷史的足跡了解萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程的艱辛與樂(lè)趣，并從中學(xué)習(xí)科學(xué)的研究方法和科學(xué)精神。第1節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的

測(cè)定12二、

教學(xué)目標(biāo)

（1）了解萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，領(lǐng)悟科學(xué)的研究方法和科學(xué)精神。（2）理解萬(wàn)有引力定律的含義，知道萬(wàn)有引力定律并能進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。（3）通過(guò)引力常量的測(cè)定理解“將直接測(cè)量量轉(zhuǎn)化為間接測(cè)量量”是科學(xué)研究的重要方法之一。二、教學(xué)目標(biāo)（1）了解萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，領(lǐng)悟科學(xué)的13三、重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）理解萬(wàn)有引力定律的含義，萬(wàn)有引力定律并能進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。（2）理解引力常量的測(cè)定思路、方法及意義。三、重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）理解萬(wàn)有引力定律的含義，萬(wàn)有引力定律并能14四、教學(xué)設(shè)計(jì)（一）引入新課：自古以來(lái)，人們不僅創(chuàng)造了關(guān)于星空的神話詩(shī)詞，而且孜孜不卷地探索天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。教師在課前讓學(xué)生查閱、收集上述相關(guān)資料感受人類對(duì)太空的向往和不懈探索追求。引入時(shí)選擇幾個(gè)典型的材料讓學(xué)生發(fā)表簡(jiǎn)短的演說(shuō)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。四、教學(xué)設(shè)計(jì)（一）引入新課：15（二）新課教學(xué)

1、行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律（二）新課教學(xué)1、行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律161.”K”是與行星無(wú)關(guān)的常量，但對(duì)不同恒星，其周?chē)@行的行星的K值是不同的。即：水星~冥王星周期由小到大1.”K”是與行星無(wú)關(guān)的常量，但對(duì)不同恒星，其周?chē)@行的行星172、萬(wàn)有引力定律

（1）推導(dǎo)：行星為什么要繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)？行星受太陽(yáng)的引力（已是常識(shí)），引力有何規(guī)律呢？首先將行星運(yùn)動(dòng)近似為圓軌道上的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)學(xué)生思考：能否根據(jù)行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律推導(dǎo)引力作用的規(guī)律？2、萬(wàn)有引力定律（1）推導(dǎo)：行星為什么要繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)？行星受18由牛頓運(yùn)動(dòng)定律、開(kāi)普勒第三定律可推導(dǎo)得：說(shuō)明：①該部分內(nèi)容教師可視學(xué)生的具體情況取舍。當(dāng)然，推導(dǎo)使得萬(wàn)有引力定律公式在邏輯上更嚴(yán)密，結(jié)構(gòu)上前后呼應(yīng)；②值得提醒學(xué)生注意的是牛頓是在橢圓軌道下證明萬(wàn)有引力定律的。由牛頓運(yùn)動(dòng)定律、開(kāi)普勒第三定律可推導(dǎo)得：說(shuō)明：①該部分內(nèi)容教19(2)進(jìn)一步請(qǐng)學(xué)生思考：重力使蘋(píng)果落地，設(shè)想蘋(píng)果樹(shù)不斷長(zhǎng)高直至月球的軌道，蘋(píng)果受地球引力依然落回地面，月球也受到地球引力為什么沒(méi)有落回地面？分小組討論。(2)進(jìn)一步請(qǐng)學(xué)生思考：重力使蘋(píng)果落地，設(shè)想蘋(píng)果樹(shù)不斷長(zhǎng)高直20預(yù)測(cè)：學(xué)生參與討論，可能有不同的觀點(diǎn)：A）引力與重力不同，引力作用下物體做環(huán)繞運(yùn)動(dòng)，重力作用下物體豎直下落，力的作用效果不同；B）月球太遠(yuǎn)引力不夠大，所以月球才沒(méi)有落回地面；C）只是月球有速度而蘋(píng)果是靜止，因而月球做環(huán)繞運(yùn)動(dòng)（曲線運(yùn)動(dòng)）、蘋(píng)果豎直下落，其實(shí)引力與重力本質(zhì)應(yīng)是相同?！A(yù)測(cè)：學(xué)生參與討論，可能有不同的觀點(diǎn)：21師：如何判斷一物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？應(yīng)由受力情況和運(yùn)動(dòng)初態(tài)兩方面共同決定。進(jìn)一步明確月球與蘋(píng)果不同在于兩者受力時(shí)的運(yùn)動(dòng)初態(tài)不同，即月球有速度而蘋(píng)果是靜止，地球?qū)υ虑虻囊μ峁┝嗽虑蚶@地球運(yùn)動(dòng)所需的向心力，對(duì)月球產(chǎn)生向心加速度。地球?qū)μO(píng)果的重力產(chǎn)生自由下落加速度。地球?qū)υ虑虻囊?、地球?qū)μO(píng)果的引力本質(zhì)上是一樣的。師：如何判斷一物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？22（3）定量驗(yàn)證：

牛頓的“月—地”檢驗(yàn)

說(shuō)明：定性分析有助于開(kāi)拓學(xué)生思路，是否做定量驗(yàn)證教師可視學(xué)生的具體情況取舍。

結(jié)論；地球?qū)Φ孛嫖矬w的引力、行星對(duì)衛(wèi)星的引力以及太陽(yáng)對(duì)行星的引力是同一性質(zhì)的力，遵循相同的規(guī)律，并由此推廣為自然界任何兩個(gè)物體間都存在這樣相互作用即萬(wàn)有引力。

（3）定量驗(yàn)證：

牛頓的“月—地”檢驗(yàn)說(shuō)23（4）萬(wàn)有引力定律

公式：

適用條件：可以看成質(zhì)點(diǎn)的兩物體間或兩均勻球體間的相互作用。

r的含義：當(dāng)兩物體相距很遠(yuǎn)可以看成質(zhì)點(diǎn)時(shí)，r是兩質(zhì)點(diǎn)間的距離；若是兩個(gè)勻質(zhì)的球體，r是兩球心的距離。

（4）萬(wàn)有引力定律公式：24請(qǐng)判斷下面說(shuō)法是否正確：當(dāng)兩物體間距離r不斷減小至趨于零時(shí)，兩物體間引力F趨于無(wú)窮大。這不可能，我們沒(méi)有這樣的體驗(yàn)，但錯(cuò)在哪呢？生：萬(wàn)有引力的公式不正確，沒(méi)有普遍性師：當(dāng)r趨于零時(shí)兩物體不能看成質(zhì)點(diǎn)，萬(wàn)有引力定律公式已不再適用。說(shuō)明：可舉一些實(shí)例說(shuō)明以增加感性認(rèn)識(shí)，如：兩艘萬(wàn)噸級(jí)輪船相距10km時(shí)相互吸引力的數(shù)量級(jí)為10-3N，等等。請(qǐng)判斷下面說(shuō)法是否正確：當(dāng)兩物體間距離r不斷減小至趨于零時(shí)，25（三）

引力常量的測(cè)定及其意義牛頓的萬(wàn)有引力定律發(fā)表111年后才由卡文迪許第一次較精確的測(cè)出引力常量，其關(guān)鍵是如何將一般物體間幾乎可以忽略的引力顯現(xiàn)出來(lái)并做定量測(cè)量。（三）

引力常量的測(cè)定及其意義牛頓的萬(wàn)有引力定律發(fā)表111261、實(shí)驗(yàn)思路、方法：

（1）由萬(wàn)有引力公式將直接測(cè)量量（m、m′、r、F）來(lái)表示間接測(cè)量量（G）（2）將微小量巧妙地“放大”(如：放大微小引力F、放大石英絲的扭轉(zhuǎn)角度θ)（3）可借鑒的演示實(shí)驗(yàn)：觀察微小形變，如：厚壁扁玻璃瓶的形變、“光放大”講臺(tái)面的形變說(shuō)明：演示實(shí)驗(yàn)應(yīng)請(qǐng)學(xué)生參與以調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，增強(qiáng)師生的互動(dòng)性。1、實(shí)驗(yàn)思路、方法：說(shuō)明：演示實(shí)驗(yàn)應(yīng)請(qǐng)學(xué)生參與以調(diào)動(dòng)學(xué)生積27請(qǐng)學(xué)生思考并回答：卡文迪許的實(shí)驗(yàn)裝置巧妙之處在哪？師：收集學(xué)生觀點(diǎn)并歸納如下：①將力F的測(cè)量轉(zhuǎn)化為力矩M（M=F?L）的測(cè)量，由于引力很小因此需將T型架的水平部分做得很長(zhǎng)；②利用平面鏡的反射來(lái)“放大”石英絲扭轉(zhuǎn)角度，同時(shí)增大平面鏡與刻度尺間的距離，使扭轉(zhuǎn)角度更方便測(cè)量、提高測(cè)量的準(zhǔn)確度；③整個(gè)裝置輕巧、龐大并密封抗干擾以增強(qiáng)其靈敏度。請(qǐng)學(xué)生思考并回答：卡文迪許的實(shí)驗(yàn)裝置巧妙之處在哪？師：收集學(xué)282、引力常量的測(cè)定的意義引力常量的測(cè)定證明了萬(wàn)有引力定律的正確并使之具有了真正的實(shí)用價(jià)值。3、應(yīng)用：計(jì)算天體的質(zhì)量請(qǐng)思考：卡文迪許為什么被稱為“能稱出地球質(zhì)量的人”？根據(jù)這節(jié)課的知識(shí)，你能成為一個(gè)“能稱出太陽(yáng)質(zhì)量的人”嗎？2、引力常量的測(cè)定的意義29建議：研究性小課題：我測(cè)引力常量組織學(xué)生分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、模擬實(shí)驗(yàn)，并形成小論文。這有助于學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)方法，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。建議：研究性小課題：我測(cè)引力常量30五、案例心得本節(jié)課屬于物理規(guī)律的教學(xué)，要重視展示萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)歷史的過(guò)程，充分發(fā)揮史實(shí)對(duì)學(xué)生的啟迪作用，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程的艱辛與樂(lè)趣，學(xué)習(xí)科學(xué)的研究方法和科學(xué)精神。對(duì)于萬(wàn)有引力定律學(xué)習(xí)，重視問(wèn)題情景的創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)生經(jīng)歷問(wèn)題分析的思維過(guò)程，使學(xué)生對(duì)規(guī)律的認(rèn)識(shí)是豐富的、全面的。對(duì)于引力常量的測(cè)定的教學(xué)設(shè)計(jì)，通過(guò)一系列問(wèn)題讓學(xué)生在問(wèn)題討論中體會(huì)實(shí)驗(yàn)的巧妙設(shè)計(jì)，感受物理研究的方法，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。通過(guò)應(yīng)用實(shí)例的學(xué)習(xí)體會(huì)到引力常量的測(cè)定的重要意義。五、案例心得本節(jié)課屬于物理規(guī)律的教學(xué)，要重視展示萬(wàn)有引力定律31第2節(jié)萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用

一、內(nèi)容與地位本節(jié)課是在學(xué)習(xí)了圓周運(yùn)動(dòng)與萬(wàn)有引力定律之后的一節(jié)應(yīng)用課，因此，在教學(xué)中應(yīng)讓學(xué)生用萬(wàn)有引力定律對(duì)天體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行探究，采用啟發(fā)式教學(xué)，要求學(xué)生知道人造衛(wèi)星為什么不會(huì)從天上掉下來(lái)，會(huì)用公式計(jì)算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度，知道衛(wèi)星的第二宇宙速度和第三宇宙速度及達(dá)到這兩個(gè)速度的的條件。

第2節(jié)萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用一、內(nèi)容與地位32二、教學(xué)目標(biāo)

（1）了解人造衛(wèi)星，會(huì)計(jì)算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。（2）利用萬(wàn)有引力定律探究第一宇宙速度以及探究運(yùn)行速率與半徑的關(guān)系，使學(xué)生真切感受到用自己所學(xué)的物理知識(shí)能解決天體的實(shí)際問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。（3）通過(guò)介紹我國(guó)在衛(wèi)星發(fā)射方面的情況，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情，通過(guò)萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用，讓學(xué)生懂得理論來(lái)源于實(shí)踐，反過(guò)來(lái)又可以指導(dǎo)實(shí)踐的辨證唯物主義觀點(diǎn)。二、教學(xué)目標(biāo)（1）了解人造衛(wèi)星，會(huì)計(jì)算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度。33三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)利用萬(wàn)有引力定律探究運(yùn)行速率與半徑的關(guān)系、估算中心天體質(zhì)量、第一宇宙速度以及探究地球同步衛(wèi)星特點(diǎn)。本節(jié)是一節(jié)知識(shí)應(yīng)用與擴(kuò)展的課。首先根據(jù)學(xué)生已有的圓周運(yùn)動(dòng)與萬(wàn)有引力定律的知識(shí)，以及牛頓當(dāng)年的設(shè)想，與學(xué)生一起探究人造衛(wèi)星上天的原理。其次，關(guān)注學(xué)生已有的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)，圍繞第一宇宙速度進(jìn)行討論，并且向?qū)W生介紹第二宇宙速度和第三宇宙速度以及發(fā)現(xiàn)未知天體，讓學(xué)生形成較正確的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)圖景。

三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)利用萬(wàn)有引力定律探究運(yùn)行速率與半徑的關(guān)系34四、教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）

導(dǎo)入新課晴朗的夜空，當(dāng)你抬頭仰望滿天星斗時(shí)，有時(shí)會(huì)看到一種移動(dòng)的星星，它像天幕上的神行太保匆匆奔忙，它們是什么星?在忙些什么？這種奇特的星星并不是宇宙間的星球，而是人類掛上天宇的明燈——人造地球衛(wèi)星。它們巡天遨游，穿梭往來(lái)，忠實(shí)地為人類服務(wù)，給冷寂的宇宙增添了生氣和活力。別看人造衛(wèi)星個(gè)頭不大，五臟可齊全呢！它的通用系統(tǒng)有結(jié)構(gòu)，溫度控制，姿態(tài)控制，能源，跟蹤，遙測(cè)，遙控，通信，軌道控制，天線等等系統(tǒng)，返回式衛(wèi)星還有回收系統(tǒng)，此外還有根據(jù)任務(wù)需要而設(shè)的各種專用系統(tǒng)。四、教學(xué)設(shè)計(jì)（一）

導(dǎo)入新課35（二）

人造衛(wèi)星上天1．給出牛頓的拋體運(yùn)動(dòng)圖，提出問(wèn)題，在地面上拋出的物體為什么要落回地面？引導(dǎo)學(xué)生討論：由于受到地球引力的作用，所以最終會(huì)落到地面。再深入探究：（1）月球也要受到地球引力的作用，為什么月亮不會(huì)落到地面上來(lái)？（2）若拋出的物體的速度足夠大，物體將會(huì)怎樣？（二）

人造衛(wèi)星上天1．給出牛頓的拋體運(yùn)動(dòng)圖，提出問(wèn)題，在36學(xué)生分小組討論，得到月球受到的地球的引力，用來(lái)充當(dāng)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力，故而月球并不會(huì)落到地面上。如果拋出的物體的速度足夠大，物體飛行的距離也很大，由于地球是一圓球體，故物體將不能再落回地面，而成為一顆繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的人造衛(wèi)星。學(xué)生分小組討論，得到月球受到的地球的引力，用來(lái)充當(dāng)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)372．從上面學(xué)習(xí)可知，當(dāng)拋出的物體的速度足夠大時(shí)就可以成為衛(wèi)星，那么如何獲得這么大的速度呢？向?qū)W生介紹俄國(guó)科學(xué)家齊奧爾科夫斯基利用多級(jí)火箭克服地球引力實(shí)現(xiàn)宇宙航行的構(gòu)想。介紹中國(guó)成功發(fā)射的運(yùn)載火箭。

2．從上面學(xué)習(xí)可知，當(dāng)拋出的物體的速度足夠大時(shí)就可以成為衛(wèi)星383．教師進(jìn)一步提出：當(dāng)拋出的物體的速度足夠大時(shí)就可以成為衛(wèi)星，那速度要大到什么程度就叫足夠大了。請(qǐng)同學(xué)們思考如何計(jì)算這個(gè)速度?？梢苑中〗M討論，首先要弄清楚：要求這個(gè)速度，我們已經(jīng)知道的并可能被利用的數(shù)據(jù)有哪些？（讓學(xué)生自己尋找已知條件）

3．教師進(jìn)一步提出：當(dāng)拋出的物體的速度足夠大時(shí)就可以成為衛(wèi)星39預(yù)測(cè)：學(xué)生的回答可能這樣：知道G、g、M地、R地、r月、T衛(wèi)、T月、v等；教師進(jìn)一步引導(dǎo)，根據(jù)大家所給的已知條件，可以聯(lián)想到與之有關(guān)的什么公式？預(yù)測(cè)：學(xué)生的回答可能這樣：

預(yù)測(cè)：學(xué)生的回答可能這樣：知道G、g、M地、R地、r月、40如果學(xué)生只提出其中的一種或兩種求法，教師可以啟發(fā)學(xué)生得到各種計(jì)算方法?？梢愿鶕?jù)學(xué)生給的：讓學(xué)生用不同的公式計(jì)算速度。代入數(shù)據(jù)算出速度為7.9km/s。這個(gè)速度稱為第一宇宙速度,也稱為環(huán)繞速度。

如果學(xué)生只提出其中的一種或兩種求法，教師可以啟發(fā)學(xué)生得到各種417.9km/s這個(gè)速度到底有多大，學(xué)生沒(méi)有感性認(rèn)識(shí)，可以給學(xué)生舉一些例子來(lái)說(shuō)明。比如：在高速公路上乘過(guò)車(chē)的同學(xué)可以推算，高速公路上最高限速為120km/h，換算成33.3m/s，第一宇宙速度將近是它的240倍；農(nóng)村學(xué)生如果家離學(xué)校較遠(yuǎn)，可以推算以第一宇宙速度從家到校只需幾秒……。通過(guò)這些例子，讓學(xué)生體會(huì)第一宇宙速度的“快”，體會(huì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的偉大。

7.9km/s這個(gè)速度到底有多大，學(xué)生沒(méi)有感性認(rèn)識(shí)，可以給學(xué)424．如果物體發(fā)射的速度更大，第二宇宙速度v2=11.2km/s時(shí)，物體將能夠擺脫地球引力束縛，v3=16.7km/s這個(gè)速度稱為第三宇宙速度，物體將能夠擺脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系外。4．如果物體發(fā)射的速度更大，第二宇宙速度v2=11.2km435．迷你實(shí)驗(yàn)：要求學(xué)生體會(huì)：用手拉著繩子的一端，讓小球旋轉(zhuǎn)時(shí)，手有什么感覺(jué)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)很快時(shí)，小球會(huì)掙斷繩子飛出去，想想這是為什么。用一根更細(xì)的繩子，小球更容易掙脫，這又是為什么？引導(dǎo)學(xué)生理解這是因?yàn)槔K子的拉力不足以提供小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，所以出現(xiàn)了離心現(xiàn)象。5．迷你實(shí)驗(yàn)：要求學(xué)生體會(huì)：用手拉著繩子的一端，讓小球旋轉(zhuǎn)時(shí)446．討論與交流：由“阿波羅”登月往返航線引發(fā)的思考。可以讓學(xué)生在課堂各抒己見(jiàn)，教師對(duì)學(xué)生的各種思考給予分析評(píng)價(jià)，如果出現(xiàn)不能解決的問(wèn)題，可以作為學(xué)生課后研究性學(xué)習(xí)的一個(gè)課題。

6．討論與交流：由“阿波羅”登月往返航線引發(fā)的思考。可以讓學(xué)457.探究運(yùn)行速率與半徑的關(guān)系

預(yù)測(cè)：學(xué)生的回答有兩種可能：教師引導(dǎo)當(dāng)r改變，g、v會(huì)變，不能得到v與r的關(guān)系只能認(rèn)為得出衛(wèi)星的運(yùn)行速度與其本身質(zhì)量無(wú)關(guān)，與其軌道半徑的平方根成反比。這是一個(gè)非常有用的結(jié)論。7.探究運(yùn)行速率與半徑的關(guān)系預(yù)測(cè)：學(xué)生的回答有兩種可能：46（三）預(yù)測(cè)未知天體

可以讓學(xué)生閱讀課文，回答老師提出問(wèn)題：（1）用萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)了哪些行星？（2）人們是怎樣應(yīng)用萬(wàn)有引力定律來(lái)發(fā)現(xiàn)未知天體的？引導(dǎo)學(xué)生得出用萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)了海王星，冥王星。（三）預(yù)測(cè)未知天體可以讓學(xué)生閱讀課文，回答老師提出問(wèn)題：47人們?cè)陂L(zhǎng)期的觀察中發(fā)現(xiàn)天王星的運(yùn)行軌道與用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出的有較大的偏差。于是，有人推測(cè)，在天王星的軌道外側(cè)可能還有一顆行星，它對(duì)天王星的引力使天王星的軌道發(fā)生偏離。而且人們計(jì)算出這顆行星的可能軌道，并且在計(jì)算出的位置終于觀測(cè)到了這顆新的行星，將它命名為海王星。再后，又發(fā)現(xiàn)海王星的軌道也與計(jì)算值有偏差，人們進(jìn)一步推測(cè)，海王星軌道外側(cè)還有一顆行星，于是用同樣的方法發(fā)現(xiàn)了冥王星?？梢?jiàn)萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值。人們?cè)陂L(zhǎng)期的觀察中發(fā)現(xiàn)天王星的運(yùn)行軌道與用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出48三、案例心得

本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)在利用萬(wàn)有引力定律推導(dǎo)第一宇宙速度和運(yùn)行速率與半徑的關(guān)系，教師要注重創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，激發(fā)學(xué)生的探究熱情，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展，有步驟的提出幾個(gè)問(wèn)題，使學(xué)生在自己的獨(dú)立思考和交流過(guò)程中，不斷的發(fā)展自己的觀點(diǎn)，經(jīng)歷了學(xué)習(xí)過(guò)程的體驗(yàn)。迷你實(shí)驗(yàn)室：由“阿波羅”登月往返航線引發(fā)的討論中，給了學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)收集、處理信息的能力。三、案例心得本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)在利用萬(wàn)有引力定律推導(dǎo)第一宇宙速49專題應(yīng)用萬(wàn)有引力定律分析天體運(yùn)動(dòng)

基本方法：在空中(r=R+h)：在地表（r≈R）：（黃金代換式）專題應(yīng)用萬(wàn)有引力定律分析天體運(yùn)動(dòng)基本方法：在空中(r=50衛(wèi)星mMmg表RroF引＝mg表mMo衛(wèi)星mr某天體MROmg空（不考慮天體自轉(zhuǎn)影響）衛(wèi)星mMmg表RroF引＝mg表mMo衛(wèi)星mr某天體MROm511、中心天體質(zhì)量M一定，當(dāng)r增大時(shí)，a向＝g空、v、w、f均減小，只有T增大。注意以下問(wèn)題的分析：注意以下問(wèn)題的分析：52注：①物體隨地球自轉(zhuǎn)的a向1＝w2r∝r，其中r=Rcosθ②衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的a向2＝赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的a向1比近地衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的a向2要小得多,這是因?yàn)椋浩渲衦為m到地心的距離。注：①物體隨地球自轉(zhuǎn)的a向1＝w2r∝r，其中r=Rc532、求中心天體質(zhì)量、密度：①方法一：即先要觀測(cè)出該天體周?chē)哪愁w衛(wèi)星的軌道半徑r和運(yùn)轉(zhuǎn)周期T。方法二：在星球表面：即先要觀測(cè)出該天體的g表和自身半徑R就可求出天體質(zhì)量。2、求中心天體質(zhì)量、密度：①方法一：54②平均密度若衛(wèi)星緊貼地表運(yùn)行：，即只要測(cè)出其近地衛(wèi)星的周期T，就可求出該天體的平均密度。②平均密度若衛(wèi)星緊貼地表運(yùn)行：553、宇宙速度：

注：①人造衛(wèi)星的發(fā)射分三個(gè)階段：發(fā)射階段：處于超重狀態(tài)；漂移階段；運(yùn)行階段：處于完全失重狀態(tài)。②環(huán)繞速度與發(fā)射速度：當(dāng)r增大時(shí)，v環(huán)繞減小，而v發(fā)射增大。③v1是最小的發(fā)射速度，同時(shí)也是最大的環(huán)繞速度，且這時(shí)環(huán)繞周期

3、宇宙速度：注：①人造衛(wèi)星的發(fā)射分三個(gè)階段：564、地球同步衛(wèi)星：其特點(diǎn)有“五定”，即：①定周期：T=24小時(shí)②定軌道平面：均在赤道平面內(nèi)（否則不會(huì)與地球同步）③定高度：∵地球半徑R和運(yùn)轉(zhuǎn)周期T恒定,故同步衛(wèi)星軌道半徑r恒定.Rhrom同步衛(wèi)星w地球M4、地球同步衛(wèi)星：其特點(diǎn)有“五定”，即：Rhrom同步衛(wèi)星w57④定速度：，∵同步衛(wèi)星的軌道半徑r和運(yùn)轉(zhuǎn)周期T恒定，故其運(yùn)轉(zhuǎn)的r、w也恒定。⑤定點(diǎn)：每顆同步衛(wèi)星都定點(diǎn)在世界衛(wèi)星組織規(guī)定的位置上。④定速度：58接受學(xué)習(xí)要與科學(xué)探究相結(jié)合案例：萬(wàn)有引力是怎樣提出來(lái)的？接受學(xué)習(xí)要與科學(xué)探究相結(jié)合案例：萬(wàn)有引力是怎樣提出來(lái)的？59萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)的三個(gè)階段思想孕育階段：萬(wàn)有引力的提出；定律推演階段：萬(wàn)有引力定律的推導(dǎo)；事實(shí)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段；萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)的三個(gè)階段思想孕育階段：萬(wàn)有引力的提出；60萬(wàn)有引力的提出，序?qū)π行沁\(yùn)動(dòng)問(wèn)題了解得比較清楚之后，人們更深入地思考是什么原因使行星繞著太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)？

在開(kāi)普勒時(shí)代有些人對(duì)此的回答是小天使在后面拍打翅膀，推動(dòng)著行星沿軌道飛行。而牛頓為代表的一些科學(xué)家則意識(shí)到太陽(yáng)可能是支配行星運(yùn)動(dòng)的那些力的淵源。萬(wàn)有引力的提出，序?qū)π行沁\(yùn)動(dòng)問(wèn)題了解得比較清楚之后，人們更深61創(chuàng)造性思考的開(kāi)端牛頓22歲在劍橋大學(xué)取得學(xué)士學(xué)位后，由于瘟疫流行，回到了自家的農(nóng)場(chǎng)。在此后的18個(gè)月中，牛頓經(jīng)過(guò)不斷地思考和論證，奠定了萬(wàn)有引力理論的基礎(chǔ)。

創(chuàng)造性思考的開(kāi)端牛頓22歲在劍橋大學(xué)取得學(xué)士學(xué)位后，由于瘟疫62牛頓在思考過(guò)程中得到的認(rèn)識(shí)蘋(píng)果下落和月球圍繞地球旋轉(zhuǎn)都來(lái)自于同一種力，那就是地球的引力；這種引力不只存在于地球和月球之間，還存在于太陽(yáng)系中太陽(yáng)與各行星之間以及行星與衛(wèi)星之間；這種引力不只限于天體，還存在于地球上的一切物體之間；推而廣之，宇宙間的每一對(duì)物體之間都存在這種引力的作用。牛頓在思考過(guò)程中得到的認(rèn)識(shí)蘋(píng)果下落和月球圍繞地球旋轉(zhuǎn)都來(lái)自于63思考與交流：對(duì)于上述萬(wàn)有引力的概念，你有什么困惑和看法？蘋(píng)果下落，為什么月球不落下？月球繞地旋轉(zhuǎn)，蘋(píng)果也能繞地旋轉(zhuǎn)嗎？為什么我們沒(méi)有察覺(jué)地球上物體之間有引力？思考與交流：對(duì)于上述萬(wàn)有引力的概念，你有什么困惑和看法？64蘋(píng)果與月球有共同之處嗎？牛頓對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的研究工作首先是從研究月球軌道開(kāi)始的。蘋(píng)果和月球除了兩者大致都是圓的以外，可能再也找不出它們相同之處，牛頓卻看到了它們的相同之處。下面讓我們參照牛頓的研究思路來(lái)學(xué)習(xí)萬(wàn)有引力的概念。

蘋(píng)果與月球有共同之處嗎？牛頓對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的研究工作首先是從研究65思考與交流：

月球?yàn)槭裁床粫?huì)飛出去？思考與交流：

月球?yàn)槭裁床粫?huì)飛出去？66誰(shuí)說(shuō)月球沒(méi)有下落？如圖所示，當(dāng)一個(gè)蘋(píng)果落向地面的時(shí)候，它必定受到地球?qū)λ睦ψ饔?，蘋(píng)果的速度和加速度的方向以及地球的引力方向，都指向地心。

月球是繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的，它的速度方向環(huán)繞地球而不是指向地心。由牛頓第一定律，如果月球沒(méi)有受到任何力的作用，它就保持勻速直線運(yùn)動(dòng)，也就是說(shuō)，月球?qū)?huì)飛出地球（圖中由A向B運(yùn)動(dòng)）。而實(shí)際上月球卻是沿圓周運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)。使月球偏離直線運(yùn)動(dòng)，必須有一個(gè)指向地心的力作用于它，牛頓假設(shè)這個(gè)力與拉蘋(píng)果向下的力的來(lái)源相同，就是地球的引力。

誰(shuí)說(shuō)月球沒(méi)有下落？如圖所示，當(dāng)一個(gè)蘋(píng)果落向地面的時(shí)候，它必定67名人名言當(dāng)每個(gè)人都認(rèn)為月亮不往下掉的時(shí)候，只有牛頓這樣的人才看到月亮正在往下掉。

——瓦萊里（1871-1945），法國(guó)詩(shī)人和哲學(xué)家名人名言當(dāng)每個(gè)人都認(rèn)為月亮不往下掉的時(shí)候，只有牛頓這樣的人才68思考與交流：蘋(píng)果也可以不落向地面嗎？

思考與交流：蘋(píng)果也可以不落向地面嗎？69牛頓的又一論證牛頓還從另一角度進(jìn)行了論證：如果我們水平地拋出一個(gè)物體，由于受地球引力的作用，它將沿彎曲的路徑落向地面。如果拋出的速度越大，則它繞過(guò)地球表面的落點(diǎn)越遠(yuǎn)?？梢韵胂螅瑨伋龅乃俣却蟮揭欢ǔ潭?，物體就會(huì)進(jìn)入地球軌道而不落下。正是由于這樣的原因，月球雖受地球的引力而不落到地球上。

牛頓的又一論證牛頓還從另一角度進(jìn)行了論證：如果我們水平地拋出70從蘋(píng)果、月球與地球到天體的推廣牛頓還作出了更具有普遍性的思考。正像月球繞著地球轉(zhuǎn)動(dòng)一樣，行星繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)，太陽(yáng)對(duì)每一個(gè)行星都有引力的作用。根據(jù)牛頓第三定律，每一個(gè)行星也對(duì)太陽(yáng)產(chǎn)生引力的作用。任意兩個(gè)天體之間都有引力的作用。

從蘋(píng)果、月球與地球到天體的推廣牛頓還作出了更具有普遍性的思考71進(jìn)一步的推廣引力不只限于天體之間。地球上的任意兩個(gè)物體之間也存在引力的作用，不過(guò)物體之間的引力很小罷了，使你感覺(jué)不到這個(gè)力的存在。因此牛頓指出，引力是普遍（萬(wàn)有）存在的力——每個(gè)物體都吸引任何其他的物體。這就是牛頓引力理論的中心思想。

進(jìn)一步的推廣引力不只限于天體之間。地球上的任意兩個(gè)物體之間也72名人名言在地球上摘朵花，你就移動(dòng)了最遠(yuǎn)的星球！

——狄拉克名人名言在地球上摘朵花，你就移動(dòng)了最遠(yuǎn)的星球！73天才的智力苦斗不要認(rèn)為萬(wàn)有引力定律只是數(shù)學(xué)天才的邏輯演繹結(jié)果。正如愛(ài)因斯坦所言：“只有通過(guò)那種以對(duì)經(jīng)驗(yàn)的共鳴的理解為依據(jù)的直覺(jué)，才能得到這些定律?！?/p>

“想象力比知識(shí)更重要，因?yàn)橹R(shí)是有限的，而想象（力）概括著世界上的一切，推動(dòng)著進(jìn)步，并且是知識(shí)進(jìn)化的源泉。嚴(yán)格地說(shuō)，想象（力）是科學(xué)研究中的實(shí)在因素?！?/p>

天才的智力苦斗不要認(rèn)為萬(wàn)有引力定律只是數(shù)學(xué)天才的邏輯演繹結(jié)果74第6章相對(duì)論與量子論初步課程標(biāo)準(zhǔn)及解讀：（1）初步了解經(jīng)典時(shí)空觀和相對(duì)論時(shí)空觀，知道相對(duì)論對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的影響。第6章相對(duì)論與量子論初步課程標(biāo)準(zhǔn)及解讀：75在共同必修模塊中引入經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀的比較，旨在為學(xué)生開(kāi)啟了解近代物理的一些窗戶，讓學(xué)生了解近代物理的一些核心內(nèi)容，同時(shí)也讓學(xué)生了解經(jīng)典物理的一些局限性。愛(ài)因斯坦的相對(duì)論是近代物理的支柱之一，學(xué)生應(yīng)該了解相對(duì)論時(shí)空觀的主要思想，了解相對(duì)論對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的影響。本條目體現(xiàn)了經(jīng)典物理與近代物理的結(jié)合。在共同必修模塊中引入經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀的比較，旨在為學(xué)76（2）初步了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象，知道宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)，體會(huì)量子論的建立深化了人類對(duì)于物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)。

（2）初步了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象，知道宏觀物體和微觀粒子77在共同必修中引入量子論的一些思想，這有利于學(xué)生了解與宏觀世界有區(qū)別的微觀世界，了解近代物理的另一支柱——微觀世界的量子論。本條目要求學(xué)生初步了解微觀世界的量子化現(xiàn)象，知道微觀世界的能量變化與宏觀世界的能量變化不同，即不是連續(xù)的，而是量子化的。體會(huì)量子論的建立是如何促進(jìn)人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的。本條目也體現(xiàn)了經(jīng)典物理與近代物理的結(jié)合。在共同必修中引入量子論的一些思想，這有利于學(xué)生了解與宏觀世界78編者編寫(xiě)意圖：初步了解經(jīng)典時(shí)空觀和相對(duì)論時(shí)空觀的區(qū)別，知道相對(duì)論對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的影響。初步了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象，知道宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)。通過(guò)本章學(xué)習(xí)，體會(huì)理想實(shí)驗(yàn)、物理模型等研究方法的重要作用，發(fā)展想象能力，培養(yǎng)敢于質(zhì)疑的精神和創(chuàng)新的意識(shí)；體會(huì)量子論的建立深化了人類對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)，知道科學(xué)理論不是一成不變的，而是一個(gè)逐步完善的過(guò)程。編者編寫(xiě)意圖：初步了解經(jīng)典時(shí)空觀和相對(duì)論時(shí)空觀的區(qū)別，知道相79課程簡(jiǎn)介：本章導(dǎo)入部分利用19和20世紀(jì)之交的物理學(xué)天空中的“兩朵烏云”，向?qū)W生展示完全不同于我們熟悉的低速宏觀世界的另一個(gè)嶄新的:世界高速世界和量子世界。課程簡(jiǎn)介：本章導(dǎo)入部分利用19和20世紀(jì)之交的物理學(xué)天空中的80第一節(jié)高速世界，從經(jīng)典力學(xué)解釋邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)結(jié)果所產(chǎn)生的矛盾入手，按照物理學(xué)發(fā)展的歷程，引出愛(ài)因斯坦的兩個(gè)基本假設(shè)。通過(guò)形象生動(dòng)的畫(huà)面和通俗易懂的實(shí)例讓學(xué)生初步認(rèn)識(shí)狹義相對(duì)論。第二節(jié)量子世界，從熱輻射規(guī)律入手，揭示經(jīng)典物理學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的嚴(yán)重背離，闡述普朗克“量子假說(shuō)”，初步認(rèn)識(shí)玻兒理論重要意義，同時(shí)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)光的粒子性和波動(dòng)性。通過(guò)實(shí)例初步了解微觀世界量子假說(shuō)。

第一節(jié)高速世界，從經(jīng)典力學(xué)解釋邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)結(jié)果所產(chǎn)生的81第1節(jié)高速世界一、

內(nèi)容與地位：在此之前的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生已經(jīng)對(duì)經(jīng)典物理學(xué)的理論和成就有了一定的了解。但是，學(xué)生在共同必修模塊中，沒(méi)有接觸波動(dòng)學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等相關(guān)知識(shí)，學(xué)生對(duì)這些相關(guān)知識(shí)的了解還停留在初中極淺顯的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上。所以，在指導(dǎo)學(xué)生研習(xí)這部分內(nèi)容時(shí)，要充分做好先行知識(shí)的組織，使學(xué)生通過(guò)對(duì)經(jīng)典時(shí)空觀的突破來(lái)了解相對(duì)論時(shí)空觀的主要思想。在教學(xué)活動(dòng)中要淡化愛(ài)因斯坦和相對(duì)論的神秘色彩，要使學(xué)生領(lǐng)會(huì)愛(ài)因斯坦在研究工作中表現(xiàn)出來(lái)的創(chuàng)新精神、所應(yīng)用的科學(xué)方法不是高不可攀的，我們是可以理解問(wèn)題的。

第1節(jié)高速世界一、內(nèi)容與地位：82二、教學(xué)目標(biāo)：1、初步了解經(jīng)典時(shí)空觀被突破的過(guò)程和愛(ài)因斯坦構(gòu)建新理論的方法。從而了解相對(duì)論時(shí)空觀的主要思想，并根據(jù)相對(duì)論時(shí)空觀進(jìn)行公式推導(dǎo)，解釋相關(guān)的一些現(xiàn)象。2、認(rèn)識(shí)經(jīng)典力學(xué)的實(shí)用范圍和局限性，知道相對(duì)論對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的影響，體會(huì)科學(xué)研究方法和尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)的科學(xué)態(tài)度對(duì)人們認(rèn)識(shí)自然的重要作用。二、教學(xué)目標(biāo)：1、初步了解經(jīng)典時(shí)空觀被突破的過(guò)程和愛(ài)因斯坦構(gòu)83三、重點(diǎn)和難點(diǎn)：

重點(diǎn)：通過(guò)分析和討論，了解經(jīng)典物理時(shí)空觀的局限性及其與相對(duì)論時(shí)空觀之間的差異。難點(diǎn)：揭示出經(jīng)典時(shí)空觀與麥克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)結(jié)果具體的矛盾表現(xiàn)。三、重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)：通過(guò)分析和討論，了解經(jīng)典物理時(shí)空觀的84四、教學(xué)設(shè)計(jì)：

（一）導(dǎo)入新課1900年的4月27日，在英國(guó)倫敦皇家研究所舉行的科學(xué)報(bào)告會(huì)上，一位德高望重的老科學(xué)家開(kāi)爾文作了一個(gè)演講，題目是《在熱和光動(dòng)力理論上空的19世紀(jì)烏云》。他的第一段話是這么說(shuō)的：四、教學(xué)設(shè)計(jì)：（一）導(dǎo)入新課85“動(dòng)力學(xué)理論斷言，熱和光都是運(yùn)動(dòng)的方式。但現(xiàn)在這一理論的優(yōu)美性和明晰性卻被兩朵烏云遮蔽，顯得黯然失色了……”(‘Thebeautyandclearnessofthedynamicaltheory,whichassertsheatandlighttobemodesofmotion,isatpresentobscuredbytwoclouds.’)“動(dòng)力學(xué)理論斷言，熱和光都是運(yùn)動(dòng)的方式。但現(xiàn)在這一理論的優(yōu)美86這個(gè)“烏云”的比喻后來(lái)被反復(fù)地引用。聯(lián)系到當(dāng)時(shí)人們對(duì)經(jīng)典物理學(xué)成就的樂(lè)觀情緒，許多時(shí)候這個(gè)表述又變成了“物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，漂浮著兩朵小小的令人不安的烏云。”這個(gè)“烏云”的比喻后來(lái)被反復(fù)地引用。聯(lián)系到當(dāng)時(shí)人們對(duì)經(jīng)典物理87這兩朵“烏云”是：1、【板書(shū)】邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)（1881年—1887年間）：研究光沿不同方向傳播速度的差異。2、【板書(shū)】熱輻射實(shí)驗(yàn)：（1900年左右）：研究熱輻射的能量與溫度的關(guān)系。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)所觀測(cè)到的現(xiàn)象用當(dāng)時(shí)已有的物理學(xué)理論無(wú)法進(jìn)行合理的解釋。正是這兩朵的烏云，不久以后釀成了物理學(xué)中一場(chǎng)巨大的變革。我們先來(lái)看看物理學(xué)的天空中這令人不安的第一朵“烏云”：光沿不同方向傳播的速度是否相同？這兩朵“烏云”是：88（二）新課教學(xué)1、高速世界的兩個(gè)基本原理經(jīng)典力學(xué)的研究表明所有的機(jī)械波都必須通過(guò)介質(zhì)才能傳播。麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論揭示了光就是電磁波。光既然是波，當(dāng)時(shí)人們自然要想：傳播光波的介質(zhì)是什么呢？當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家假定這種介質(zhì)叫做“以太”，整個(gè)宇宙空間都充滿了“以太”，認(rèn)為“以太”是非常稀薄，密度極小的、完全透明的、難以感覺(jué)到的介質(zhì)。按照經(jīng)典的波動(dòng)理論，這種介質(zhì)的彈力又是極其大的，光波才會(huì)在里面有如此巨大的傳播速度。是一種使人感到奇怪的介質(zhì)。

（二）新課教學(xué)1、高速世界的兩個(gè)基本原理89思考：如果我們?cè)陟o止的空氣中快速前進(jìn)，就會(huì)感覺(jué)到有風(fēng)迎面吹來(lái)，為什么？因?yàn)殡m然空氣相對(duì)于地面是靜止的，但空氣相對(duì)于我們正在前進(jìn)的人卻是運(yùn)動(dòng)的。地球是用30km/s的速度在宇宙中繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的，如果“以太”這種介質(zhì)充滿了宇宙，也必然會(huì)有30km/s的“以太風(fēng)”迎著地球吹來(lái)，我們能觀測(cè)到這種“以太”風(fēng)嗎？思考：如果我們?cè)陟o止的空氣中快速前進(jìn)，就會(huì)感覺(jué)到有風(fēng)迎面吹來(lái)90新課程必修萬(wàn)有引力和相對(duì)論和量子論全章解讀課件91問(wèn)題：宇宙中充滿了傳播光的介質(zhì)“以太”，地球又在宇宙中運(yùn)動(dòng)，設(shè)光在“以太”中的傳播速度為c，地球相對(duì)于“以太”運(yùn)動(dòng)的速度為v，那么當(dāng)光的傳播方向與地球的運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí)，以地球?yàn)閰⒄瘴飼r(shí)，會(huì)測(cè)得光的速度是多大呢？

u1=（c-v）問(wèn)題：宇宙中充滿了傳播光的介質(zhì)“以太”，地球又在宇宙中運(yùn)動(dòng)，92當(dāng)光的傳播方向迎著地球的運(yùn)動(dòng)方向而來(lái)時(shí)，以地球?yàn)閼T性參照物又會(huì)測(cè)得光速為多大呢？生：應(yīng)該是u2=（c+v）當(dāng)光的傳播方向迎著地球的運(yùn)動(dòng)方向而來(lái)時(shí)，以地球?yàn)閼T性參照物又93如果以地球做慣性參照物，不同方向的光（電磁波）的速度的確有不同的話，就說(shuō)明麥克斯韋理論描述的電磁波各個(gè)方向速度相同的規(guī)律，只有在用“以太”為慣性參照物時(shí)才是適用的，在用地球這類相對(duì)于“以太”運(yùn)動(dòng)的物體做參照物時(shí)電磁波各個(gè)方向速度相同的規(guī)律就不適用了，就會(huì)導(dǎo)致“不同的慣性參照系中物理規(guī)律是不同的”這樣一個(gè)結(jié)論。

如果以地球做慣性參照物，不同方向的光（電磁波）的速度的確有不94美國(guó)物理學(xué)工作者邁克爾遜和莫雷在1881至1887年間在不斷提高實(shí)驗(yàn)精確度的過(guò)程中，反復(fù)做了同一個(gè)實(shí)驗(yàn)：把儀器固定在地面上與地球一起運(yùn)動(dòng)，在光順著地球運(yùn)動(dòng)方向傳播、逆著地球運(yùn)動(dòng)方向傳播、以及光傳播方向與地球運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí)，不同情況下測(cè)量光速的差異。令人驚異的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：以地球?yàn)閼T性參照物時(shí)測(cè)得各個(gè)方向的光速?zèng)]有差異。這個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)后來(lái)物理學(xué)界把它叫做邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)。美國(guó)物理學(xué)工作者邁克爾遜和莫雷在1881至1887年間在不斷95【板書(shū)】邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)結(jié)果：以地球?yàn)閼T性參照物時(shí)測(cè)得各個(gè)方向的光速?zèng)]有超出實(shí)驗(yàn)誤差范圍的明顯差異。這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與經(jīng)典的物理學(xué)理論產(chǎn)生了難以調(diào)和的矛盾，令人感到不安。怎么辦？許多物理學(xué)工作者對(duì)邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)的結(jié)果提出了一些使人感到牽強(qiáng)的解釋，無(wú)法從根本上解決問(wèn)題。比如“‘以太’牽引說(shuō)”、“洛侖茲收縮說(shuō)”等。

【板書(shū)】邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)結(jié)果：以地球?yàn)閼T性參照物時(shí)測(cè)得各個(gè)96愛(ài)因斯坦的辦法：于1905年寫(xiě)了一篇論文提出了他的想法：

1、相對(duì)性原理：物理規(guī)律在一切慣性參照系中都具有相同的形式。2、光速不變?cè)恚涸谝磺袘T性系中，測(cè)量到的真空中的光速c都一樣。

愛(ài)因斯坦的辦法：于1905年寫(xiě)了一篇論文提出了他的想法：972、時(shí)間延緩效應(yīng)問(wèn)題：靜止的觀測(cè)者、順著光速方向運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)者、逆著光速方向運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)者，光相對(duì)于他們通過(guò)的位移是不同的，測(cè)量到的光速卻都是一樣的，這是為什么呢？生猜想：可否認(rèn)為不同的慣性參照系中測(cè)得的時(shí)間也是不相同的呢？觀測(cè)者測(cè)得光通過(guò)的距離較長(zhǎng)時(shí)，如果他測(cè)得的時(shí)間也較長(zhǎng)，則光速有可能是一樣的。

師：愛(ài)因斯坦也正是這么想的。

2、時(shí)間延緩效應(yīng)問(wèn)題：靜止的觀測(cè)者、順著光速方向運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)者982、時(shí)間延緩效應(yīng)討論：假定一輛列車(chē)以速度v相對(duì)于地面勻速運(yùn)動(dòng)，靜止在車(chē)廂里的人手持一個(gè)光源，從車(chē)廂的地板豎直向上將一束光射向頂部的一面反射鏡，然后又反射回車(chē)廂的地板。設(shè)車(chē)廂中的頂部和地板之間的高度為d，則在車(chē)廂中以車(chē)廂為慣性參照物的觀察者看來(lái)，“光在空中來(lái)回”的過(guò)程中，所測(cè)得的時(shí)間為⊿t′則光速是多大呢？（參看教學(xué)資料上的插圖）2、時(shí)間延緩效應(yīng)討論：假定一輛列車(chē)以速度v相對(duì)于地面勻速運(yùn)動(dòng)99這個(gè)關(guān)系式很重要，我們雖然是從“光在空中來(lái)回”這一特殊事件中推導(dǎo)出來(lái)的，但在愛(ài)因斯坦在相對(duì)論中作了更復(fù)雜、更充分的推導(dǎo)認(rèn)為它是一個(gè)對(duì)各種事件都普遍適用的公式。

這個(gè)關(guān)系式很重要，我們雖然是從“光在空中來(lái)回”這一特殊事件中100例題：有一個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)：在宇宙射線中會(huì)產(chǎn)生一種微觀粒子叫做μ子，在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)算出它們靜止時(shí)的平均壽命（存在時(shí)間）是τ′=2.2×10-6秒，按照經(jīng)典的時(shí)空觀（時(shí)間是孤立的，與慣性參照物無(wú)關(guān)），μ子以接近光的速度運(yùn)動(dòng)（v=0.998c）時(shí)，在這段時(shí)間內(nèi)μ子能飛過(guò)的平均路程只有：s=cτ′=3×108×2.2×10-6=660m，然后μ子就會(huì)消失，可是對(duì)宇宙射線的大量觀測(cè)卻發(fā)現(xiàn)，大部分高速μ子能夠從約10km的高空大氣層到達(dá)海平面，這是為什么呢？可以用相對(duì)論來(lái)解釋嗎？

例題：有一個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)：在宇宙射線中會(huì)產(chǎn)生一種微觀粒子叫做μ子101分析：假設(shè)有一輛列車(chē)和μ子一起速度v=0.998c運(yùn)動(dòng)，μ子相對(duì)于列車(chē)是靜止的。因此，以列車(chē)為慣性參照物，測(cè)得μ子的壽命就是μ子靜止時(shí)的壽命τ′=2.2×10-6秒，而以地面做參照物時(shí)，μ子是運(yùn)動(dòng)的，地面上的鐘測(cè)得其壽命將是：在這段時(shí)間內(nèi)μ子能飛過(guò)的平均路程有：s=cτ=3×108×3.48×10-5=10.44km.分析：假設(shè)有一輛列車(chē)和μ子一起速度v=0.998c運(yùn)動(dòng)，μ子102相對(duì)于光速c而言，通常的運(yùn)動(dòng)物體（如飛機(jī)、火箭），其速度v都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速c，時(shí)間延緩效應(yīng)是可以忽略不計(jì)的。所以我們認(rèn)為當(dāng)物體的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速時(shí)，經(jīng)典物理學(xué)的時(shí)空觀還是有效的，沒(méi)有必要徹底拋棄。只有在物體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)典物理學(xué)的時(shí)空觀才不再適用了。【板書(shū)】經(jīng)典物理學(xué)時(shí)空觀的局限性：只在低速（與光速相比較）條件下有效。

相對(duì)于光速c而言，通常的運(yùn)動(dòng)物體（如飛機(jī)、火箭），其速度v都1033、長(zhǎng)度收縮效應(yīng)愛(ài)因斯坦在相對(duì)論中通過(guò)推導(dǎo)得出了：運(yùn)動(dòng)慣性參照系上尺度縮短效應(yīng)注意：其實(shí)并不是車(chē)上尺子本身的長(zhǎng)度真的發(fā)生了收縮，這是由于相對(duì)論的時(shí)空關(guān)系導(dǎo)致的結(jié)果。3、長(zhǎng)度收縮效應(yīng)愛(ài)因斯坦在相對(duì)論中通過(guò)推導(dǎo)得出了：104例題：對(duì)于前面在時(shí)鐘延緩效應(yīng)中討論過(guò)的例題，也可以從相對(duì)論的尺縮效應(yīng)來(lái)看這個(gè)問(wèn)題：被μ子穿越的大氣層厚度約是10.44km，但如果以μ子為慣性參照物，則μ子是靜止的，大氣層在以v=0.998c的速度向μ子運(yùn)動(dòng)，所以以靜止的μ子測(cè)得運(yùn)動(dòng)的大氣層厚度只有：所以，μ子可以穿過(guò)大氣層到達(dá)海平面。

例題：對(duì)于前面在時(shí)鐘延緩效應(yīng)中討論過(guò)的例題，也可以從相對(duì)論的105（三）小結(jié)：

經(jīng)典物理的時(shí)空觀相對(duì)論時(shí)空觀真空中光速在不同的慣性參照系中測(cè)得光速不同在任何慣性參照系中測(cè)得的光速都相同介質(zhì)宇宙中傳播光的介質(zhì)叫“以太”宇宙中不存在“以太”介質(zhì)時(shí)間時(shí)間是獨(dú)立的，與參照系無(wú)關(guān)同一事件在不同的參照系中測(cè)得時(shí)間不同長(zhǎng)度同一物體的長(zhǎng)度與參照系無(wú)關(guān)同一物體在不同的參照系中測(cè)得長(zhǎng)度不同物體的速度可以任意大真空中光速是速度的極限，任何物體的速度不可能超過(guò)真空中的光速（三）小結(jié)：經(jīng)典物理的時(shí)空觀相對(duì)論時(shí)空觀真空中光速在不同的106五、案例心得這個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)思想是在學(xué)生能夠理解的前提下，解析狹義相對(duì)論基本思想的來(lái)龍去脈，這種做法是有必要而且也是可能實(shí)現(xiàn)的。教學(xué)設(shè)計(jì)突出了相對(duì)論構(gòu)建過(guò)程中問(wèn)題與問(wèn)題解決的分析，讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)研究方法和尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)的科學(xué)態(tài)度對(duì)人們認(rèn)識(shí)自然的重要作用。有利于淡化愛(ài)因斯坦及其相對(duì)論在學(xué)生心目中的神秘感，培養(yǎng)學(xué)生批判、創(chuàng)新的科學(xué)精神。案例中的例題對(duì)學(xué)生而言可能有一定的難度，可以改為由教師邊啟發(fā)學(xué)生思考，邊講解。五、案例心得這個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)思想是在學(xué)生能夠理解的前提下，解析狹107在網(wǎng)絡(luò)搜索中分別輸入“物理學(xué)晴朗天空，漂浮著兩朵令人不安的烏云?！?、“邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)”、“以太”、“相對(duì)性原理”、“光速不變?cè)怼薄ⅰ皶r(shí)間延緩效應(yīng)”、“尺度縮短效應(yīng)”等關(guān)鍵詞，可以從網(wǎng)上搜索到有關(guān)于相對(duì)論的知識(shí)信息，從中選擇一些合適的內(nèi)容作為學(xué)生的閱讀材料。在網(wǎng)絡(luò)搜索中分別輸入“物理學(xué)晴朗天空，漂浮著兩朵令人不安的烏108望不吝賜教，謝謝指導(dǎo)！望不吝賜教，109第5章萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用

本章課程標(biāo)準(zhǔn)及解讀：（1）通過(guò)有關(guān)事實(shí)了解萬(wàn)有引力的發(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，體會(huì)科學(xué)定律對(duì)人類探索未知世界的作用。第5章萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用本章課程標(biāo)準(zhǔn)及解讀：110通過(guò)史實(shí)了解萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，這里強(qiáng)調(diào)了對(duì)物理學(xué)發(fā)展歷程的展示，體現(xiàn)了學(xué)科滲透的理念。當(dāng)然學(xué)生不僅要了解發(fā)現(xiàn)過(guò)程，而且還應(yīng)知道萬(wàn)有引力定律。

萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)具有非常重要的意義，如促使物理學(xué)完成了第一次大綜合，預(yù)測(cè)了當(dāng)時(shí)的未知天體，使人造衛(wèi)星上天等等，萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)讓人類對(duì)世界有了更多的認(rèn)識(shí)，學(xué)生應(yīng)由此體會(huì)科學(xué)定律對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的作用。

通過(guò)史實(shí)了解萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，這里強(qiáng)調(diào)了對(duì)物理學(xué)發(fā)展歷111（2）會(huì)計(jì)算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。

（2）會(huì)計(jì)算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速112學(xué)生應(yīng)該知道什么是環(huán)繞速度，會(huì)通過(guò)公式計(jì)算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度，知道為什么人造衛(wèi)星不會(huì)從天上掉下來(lái)。

學(xué)生還應(yīng)知道什么是第二宇宙速度和第三宇宙速度，什么情況下衛(wèi)星達(dá)到第二宇宙速度和第三宇宙速度。

這些內(nèi)容學(xué)生會(huì)很感興趣，因此可以組織學(xué)生觀看有關(guān)人造地球衛(wèi)星、航天飛機(jī)、空間站的錄像片等，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，了解人類在這方面的進(jìn)展。學(xué)生應(yīng)該知道什么是環(huán)繞速度，會(huì)通過(guò)公式計(jì)算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度113（3）通過(guò)實(shí)例，了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就，體會(huì)經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的價(jià)值與意義，認(rèn)識(shí)經(jīng)典力學(xué)的實(shí)用范圍和局限性。（3）通過(guò)實(shí)例，了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就，體會(huì)經(jīng)典力114本條目要求學(xué)生從歷史的角度，通過(guò)實(shí)例了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程，了解經(jīng)典物理的偉大成就及其對(duì)人類社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的影響，例如，讓學(xué)生了解經(jīng)典力學(xué)對(duì)航天技術(shù)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)等，再如，讓學(xué)生比較重物下落與天體運(yùn)動(dòng)的多樣性與統(tǒng)一性，了解萬(wàn)有引力定律對(duì)科學(xué)發(fā)展所起的重要作用，由此，讓學(xué)生體會(huì)經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的價(jià)值與意義。在實(shí)踐活動(dòng)中可以讓學(xué)生收集我國(guó)和世界航天事業(yè)發(fā)展歷史和前景的資料，寫(xiě)出調(diào)查報(bào)告等。本條目要求學(xué)生從歷史的角度，通過(guò)實(shí)例了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程，115當(dāng)然隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，經(jīng)典力學(xué)也逐步顯現(xiàn)出一定的局限性，因此，本條目要求學(xué)生認(rèn)識(shí)經(jīng)典力學(xué)的實(shí)用范圍和局限性。這有利于學(xué)生整體上了解物理學(xué)的發(fā)展歷程，把握物理學(xué)的主要思想。

當(dāng)然隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，經(jīng)典力學(xué)也逐步顯現(xiàn)出一定的局116（4）體會(huì)科學(xué)研究方法對(duì)人們認(rèn)識(shí)自然的重要作用。舉例說(shuō)明物理學(xué)的進(jìn)展對(duì)于自然科學(xué)的促進(jìn)作用。

（4）體會(huì)科學(xué)研究方法對(duì)人們認(rèn)識(shí)自然的重要作用。舉例說(shuō)明物理117在學(xué)習(xí)共同必修課程時(shí)，學(xué)生還應(yīng)體會(huì)科學(xué)研究方法對(duì)人們認(rèn)識(shí)自然的重要作用。物理學(xué)是一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科，對(duì)其他學(xué)科的發(fā)展發(fā)揮了重要的作用，因此，學(xué)生應(yīng)該通過(guò)實(shí)例了解物理學(xué)的發(fā)展對(duì)自然科學(xué)的進(jìn)步的重要作用。

在學(xué)習(xí)共同必修課程時(shí)，學(xué)生還應(yīng)體會(huì)科學(xué)研究方法對(duì)人們認(rèn)識(shí)自然118本章學(xué)習(xí)萬(wàn)有引力定律和天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律方面的有關(guān)知識(shí)；培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題的能力和建立假設(shè)的能力。本章重點(diǎn)是理解萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容、了解衛(wèi)星發(fā)射的基本原理；難點(diǎn)是運(yùn)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算衛(wèi)星的環(huán)繞速度。通過(guò)本章學(xué)習(xí)，了解經(jīng)典力學(xué)對(duì)航天技術(shù)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)；通過(guò)用萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)未知天體的事實(shí)，了解科學(xué)定律對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的作用。了解科學(xué)探索過(guò)程的曲折與艱辛，體會(huì)科學(xué)家勇于探索，實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神。編者編寫(xiě)意圖：編者編寫(xiě)意圖：119課程簡(jiǎn)介本章從“嫦娥奔月到‘阿波羅’上天”導(dǎo)入，按“萬(wàn)有引力定律及常量的測(cè)定”、“萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用”、“人類對(duì)太空的不懈追求”三部分編寫(xiě)。

通過(guò)導(dǎo)入嫦娥奔月的神話與“阿波羅”的現(xiàn)實(shí)對(duì)比，一方面讓學(xué)生體會(huì)人類在不懈追求中的偉大成就，另一方面也由此激發(fā)學(xué)生對(duì)“阿波羅”上天的好奇與求知欲，為萬(wàn)有引力定律的引進(jìn)鋪墊；接著介紹行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律、萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定等；然后通過(guò)衛(wèi)星上天、未知天體的預(yù)測(cè)等凸秒顯萬(wàn)有引力定律對(duì)人類社會(huì)進(jìn)步和科學(xué)發(fā)展的促進(jìn)作用；最后通過(guò)“古希臘人的思考”、“文藝復(fù)興的撞擊”、“牛頓的大綜合”、“對(duì)太空的探索”等，展示了萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，反映了科學(xué)探索過(guò)程的曲折與艱辛，體現(xiàn)了科學(xué)家勇于探索、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神，凸現(xiàn)了牛頓對(duì)物理學(xué)上第一次大綜合的重要意義，介紹了人類在探索太空中取得的偉大成就。課程簡(jiǎn)介本章從“嫦娥奔月到‘阿波羅’上天”導(dǎo)入，按“萬(wàn)有引力120第1節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的

測(cè)定

一、

內(nèi)容與地位

根據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》共同必修模塊“物理2”對(duì)本節(jié)的要求，在教與學(xué)的過(guò)程中應(yīng)讓學(xué)生領(lǐng)悟到萬(wàn)有引力定律揭示了自然界最普遍的一種相互作用，它的發(fā)現(xiàn)具有非常重要的意義，如促使物理學(xué)完成了第一次大綜合。引力常量的測(cè)定又賦予了萬(wàn)有引力定律真正的實(shí)用價(jià)值。沿著歷史的足跡了解萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程的艱辛與樂(lè)趣，并從中學(xué)習(xí)科學(xué)的研究方法和科學(xué)精神。第1節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的

測(cè)定121二、

教學(xué)目標(biāo)

（1）了解萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，領(lǐng)悟科學(xué)的研究方法和科學(xué)精神。（2）理解萬(wàn)有引力定律的含義，知道萬(wàn)有引力定律并能進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。（3）通過(guò)引力常量的測(cè)定理解“將直接測(cè)量量轉(zhuǎn)化為間接測(cè)量量”是科學(xué)研究的重要方法之一。二、教學(xué)目標(biāo)（1）了解萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，領(lǐng)悟科學(xué)的122三、重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）理解萬(wàn)有引力定律的含義，萬(wàn)有引力定律并能進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。（2）理解引力常量的測(cè)定思路、方法及意義。三、重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）理解萬(wàn)有引力定律的含義，萬(wàn)有引力定律并能123四、教學(xué)設(shè)計(jì)（一）引入新課：自古以來(lái)，人們不僅創(chuàng)造了關(guān)于星空的神話詩(shī)詞，而且孜孜不卷地探索天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。教師在課前讓學(xué)生查閱、收集上述相關(guān)資料感受人類對(duì)太空的向往和不懈探索追求。引入時(shí)選擇幾個(gè)典型的材料讓學(xué)生發(fā)表簡(jiǎn)短的演說(shuō)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。四、教學(xué)設(shè)計(jì)（一）引入新課：124（二）新課教學(xué)

1、行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律（二）新課教學(xué)1、行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律1251.”K”是與行星無(wú)關(guān)的常量，但對(duì)不同恒星，其周?chē)@行的行星的K值是不同的。即：水星~冥王星周期由小到大1.”K”是與行星無(wú)關(guān)的常量，但對(duì)不同恒星，其周?chē)@行的行星1262、萬(wàn)有引力定律

（1）推導(dǎo)：行星為什么要繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)？行星受太陽(yáng)的引力（已是常識(shí)），引力有何規(guī)律呢？首先將行星運(yùn)動(dòng)近似為圓軌道上的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)學(xué)生思考：能否根據(jù)行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律推導(dǎo)引力作用的規(guī)律？2、萬(wàn)有引力定律（1）推導(dǎo)：行星為什么要繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)？行星受127由牛頓運(yùn)動(dòng)定律、開(kāi)普勒第三定律可推導(dǎo)得：說(shuō)明：①該部分內(nèi)容教師可視學(xué)生的具體情況取舍。當(dāng)然，推導(dǎo)使得萬(wàn)有引力定律公式在邏輯上更嚴(yán)密，結(jié)構(gòu)上前后呼應(yīng)；②值得提醒學(xué)生注意的是牛頓是在橢圓軌道下證明萬(wàn)有引力定律的。由牛頓運(yùn)動(dòng)定律、開(kāi)普勒第三定律可推導(dǎo)得：說(shuō)明：①該部分內(nèi)容教128(2)進(jìn)一步請(qǐng)學(xué)生思考：重力使蘋(píng)果落地，設(shè)想蘋(píng)果樹(shù)不斷長(zhǎng)高直至月球的軌道，蘋(píng)果受地球引力依然落回地面，月球也受到地球引力為什么沒(méi)有落回地面？分小組討論。(2)進(jìn)一步請(qǐng)學(xué)生思考：重力使蘋(píng)果落地，設(shè)想蘋(píng)果樹(shù)不斷長(zhǎng)高直129預(yù)測(cè)：學(xué)生參與討論，可能有不同的觀點(diǎn)：A）引力與重力不同，引力作用下物體做環(huán)繞運(yùn)動(dòng)，重力作用下物體豎直下落，力的作用效果不同；B）月球太遠(yuǎn)引力不夠大，所以月球才沒(méi)有落回地面；C）只是月球有速度而蘋(píng)果是靜止，因而月球做環(huán)繞運(yùn)動(dòng)（曲線運(yùn)動(dòng)）、蘋(píng)果豎直下落，其實(shí)引力與重力本質(zhì)應(yīng)是相同?！A(yù)測(cè)：學(xué)生參與討論，可能有不同的觀點(diǎn)：130師：如何判斷一物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？應(yīng)由受力情況和運(yùn)動(dòng)初態(tài)兩方面共同決定。進(jìn)一步明確月球與蘋(píng)果不同在于兩者受力時(shí)的運(yùn)動(dòng)初態(tài)不同，即月球有速度而蘋(píng)果是靜止，地球?qū)υ虑虻囊μ峁┝嗽虑蚶@地球運(yùn)動(dòng)所需的向心力，對(duì)月球產(chǎn)生向心加速度。地球?qū)μO(píng)果的重力產(chǎn)生自由下落加速度。地球?qū)υ虑虻囊?、地球?qū)μO(píng)果的引力本質(zhì)上是一樣的。師：如何判斷一物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？131（3）定量驗(yàn)證：

牛頓的“月—地”檢驗(yàn)

說(shuō)明：定性分析有助于開(kāi)拓學(xué)生思路，是否做定量驗(yàn)證教師可視學(xué)生的具體情況取舍。

結(jié)論；地球?qū)Φ孛嫖矬w的引力、行星對(duì)衛(wèi)星的引力以及太陽(yáng)對(duì)行星的引力是同一性質(zhì)的力，遵循相同的規(guī)律，并由此推廣為自然界任何兩個(gè)物體間都存在這樣相互作用即萬(wàn)有引力。

（3）定量驗(yàn)證：

牛頓的“月—地”檢驗(yàn)說(shuō)132（4）萬(wàn)有引力定律

公式：

適用條件：可以看成質(zhì)點(diǎn)的兩物體間或兩均勻球體間的相互作用。

r的含義：當(dāng)兩物體相距很遠(yuǎn)可以看成質(zhì)點(diǎn)時(shí)，r是兩質(zhì)點(diǎn)間的距離；若是兩個(gè)勻質(zhì)的球體，r是兩球心的距離。

（4）萬(wàn)有引力定律公式：133請(qǐng)判斷下面說(shuō)法是否正確：當(dāng)兩物體間距離r不斷減小至趨于零時(shí)，兩物體間引力F趨于無(wú)窮大。這不可能，我們沒(méi)有這樣的體驗(yàn)，但錯(cuò)在哪呢？生：萬(wàn)有引力的公式不正確，沒(méi)有普遍性師：當(dāng)r趨于零時(shí)兩物體不能看成質(zhì)點(diǎn)，萬(wàn)有引力定律公式已不再適用。說(shuō)明：可舉一些實(shí)例說(shuō)明以增加感性認(rèn)識(shí)，如：兩艘萬(wàn)噸級(jí)輪船相距10km時(shí)相互吸引力的數(shù)量級(jí)為10-3N，等等。請(qǐng)判斷下面說(shuō)法是否正確：當(dāng)兩物體間距離r不斷減小至趨于零時(shí)，134（三）

引力常量的測(cè)定及其意義牛頓的萬(wàn)有引力定律發(fā)表111年后才由卡文迪許第一次較精確的測(cè)出引力常量，其關(guān)鍵是如何將一般物體間幾乎可以忽略的引力顯現(xiàn)出來(lái)并做定量測(cè)量。（三）

引力常量的測(cè)定及其意義牛頓的萬(wàn)有引力定律發(fā)表1111351、實(shí)驗(yàn)思路、方法：

（1）由萬(wàn)有引力公式將直接測(cè)量量（m、m′、r、F）來(lái)表示間接測(cè)量量（G）（2）將微小量巧妙地“放大”(如：放大微小引力F、放大石英絲的扭轉(zhuǎn)角度θ)（3）可借鑒的演示實(shí)驗(yàn)：觀察微小形變，如：厚壁扁玻璃瓶的形變、“光放大”講臺(tái)面的形變說(shuō)明：演示實(shí)驗(yàn)應(yīng)請(qǐng)學(xué)生參與以調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，增強(qiáng)師生的互動(dòng)性。1、實(shí)驗(yàn)思路、方法：說(shuō)明：演示實(shí)驗(yàn)應(yīng)請(qǐng)學(xué)生參與以調(diào)動(dòng)學(xué)生積136請(qǐng)學(xué)生思考并回答：卡文迪許的實(shí)驗(yàn)裝置巧妙之處在哪？師：收集學(xué)生觀點(diǎn)并歸納如下：①將力F的測(cè)量轉(zhuǎn)化為力矩M（M=F?L）的測(cè)量，由于引力很小因此需將T型架的水平部分做得很長(zhǎng)；②利用平面鏡的反射來(lái)“放大”石英絲扭轉(zhuǎn)角度，同時(shí)增大平面鏡與刻度尺間的距離，使扭轉(zhuǎn)角度更方便測(cè)量、提高測(cè)量的準(zhǔn)確度；③整個(gè)裝置輕巧、龐大并密封抗干擾以增強(qiáng)其靈敏度。請(qǐng)學(xué)生思考并回答：卡文迪許的實(shí)驗(yàn)裝置巧妙之處在哪？師：收集學(xué)1372、引力常量的測(cè)定的意義引力常量的測(cè)定證明了萬(wàn)有引力定律的正確并使之具有了真正的實(shí)用價(jià)值。3、應(yīng)用：計(jì)算天體的質(zhì)量請(qǐng)思考：卡文迪許為什么被稱為“能稱出地球質(zhì)量的人”？根據(jù)這節(jié)課的知識(shí)，你能成為一個(gè)“能稱出太陽(yáng)質(zhì)量的人”嗎？2、引力常量的測(cè)定的意義138建議：研究性小課題：我測(cè)引力常量組織學(xué)生分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、模擬實(shí)驗(yàn)，并形成小論文。這有助于學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)方法，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。建議：研究性小課題：我測(cè)引力常量139五、案例心得本節(jié)課屬于物理規(guī)律的教學(xué)，要重視展示萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)歷史的過(guò)程，充分發(fā)揮史實(shí)對(duì)學(xué)生的啟迪作用，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程的艱辛與樂(lè)趣，學(xué)習(xí)科學(xué)的研究方法和科學(xué)精神。對(duì)于萬(wàn)有引力定律學(xué)習(xí)，重視問(wèn)題情景的創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)生經(jīng)歷問(wèn)題分析的思維過(guò)程，使學(xué)生對(duì)規(guī)律的認(rèn)識(shí)是豐富的、全面的。對(duì)于引力常量的測(cè)定的教學(xué)設(shè)計(jì)，通過(guò)一系列問(wèn)題讓學(xué)生在問(wèn)題討論中體會(huì)實(shí)驗(yàn)的巧妙設(shè)計(jì)，感受物理研究的方法，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。通過(guò)應(yīng)用實(shí)例的學(xué)習(xí)體會(huì)到引力常量的測(cè)定的重要意義。五、案例心得本節(jié)課屬于物理規(guī)律的教學(xué)，要重視展示萬(wàn)有引力定律140第2節(jié)萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用

一、內(nèi)容與地位本節(jié)課是在學(xué)習(xí)了圓周運(yùn)動(dòng)與萬(wàn)有引力定律之后的一節(jié)應(yīng)用課，因此，在教學(xué)中應(yīng)讓學(xué)生用萬(wàn)有引力定律對(duì)天體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行探究，采用啟發(fā)式教學(xué)，要求學(xué)生知道人造衛(wèi)星為什么不會(huì)從天上掉下來(lái)，會(huì)用公式計(jì)算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度，知道衛(wèi)星的第二宇宙速度和第三宇宙速度及達(dá)到這兩個(gè)速度的的條件。

第2節(jié)萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用一、內(nèi)容與地位141二、教學(xué)目標(biāo)

（1）了解人造衛(wèi)星，會(huì)計(jì)算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。（2）利用萬(wàn)有引力定律探究第一宇宙速度以及探究運(yùn)行速率與半徑的關(guān)系，使學(xué)生真切感受到用自己所學(xué)的物理知識(shí)能解決天體的實(shí)際問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。（3）通過(guò)介紹我國(guó)在衛(wèi)星發(fā)射方面的情況，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情，通過(guò)萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用，讓學(xué)生懂得理論來(lái)源于實(shí)踐，反過(guò)來(lái)又可以指導(dǎo)實(shí)踐的辨證唯物主義觀點(diǎn)。二、教學(xué)目標(biāo)（1）了解人造衛(wèi)星，會(huì)計(jì)算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度。142三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)利用萬(wàn)有引力定律探究運(yùn)行速率與半徑的關(guān)系、估算中心天體質(zhì)量、第一宇宙速度以及探究地球同步衛(wèi)星特點(diǎn)。本節(jié)是一節(jié)知識(shí)應(yīng)用與擴(kuò)展的課。首先根據(jù)學(xué)生已有的圓周運(yùn)動(dòng)與萬(wàn)有引力定律的知識(shí)，以及牛頓當(dāng)年的設(shè)想，與學(xué)生一起探究人造衛(wèi)星上天的原理。其次，關(guān)注學(xué)生已有的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)，圍繞第一宇宙速度進(jìn)行討論，并且向?qū)W生介紹第二宇宙速度和第三宇宙速度以及發(fā)現(xiàn)未知天體，讓學(xué)生形成較正確的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)圖景。

三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)利用萬(wàn)有引力定律探究運(yùn)行速率與半徑的關(guān)系143四、教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）

導(dǎo)入新課晴朗的夜空，當(dāng)你抬頭仰望滿天星斗時(shí)，有時(shí)會(huì)看到一種移動(dòng)的星星，它像天幕上的神行太保匆匆奔忙，它們是什么星?在忙些什么？這種奇特的星星并不是宇宙間的星球，而是人類掛上天宇的明燈——人造地球衛(wèi)星。它們巡天遨游，穿梭往來(lái)，忠實(shí)地為人類服務(wù)，給冷寂的宇宙增添了生氣和活力。別看人造衛(wèi)星個(gè)頭不大，五臟可齊全呢！它的通用系統(tǒng)有結(jié)構(gòu)，溫度控制，姿態(tài)控制，能源，跟蹤，遙測(cè)，遙控，通信，軌道控制，天線等等系統(tǒng)，返回式衛(wèi)星還有回收系統(tǒng)，此外還有根據(jù)任務(wù)需要而設(shè)的各種專用系統(tǒng)。四、教學(xué)設(shè)計(jì)（一）

導(dǎo)入新課144（二）

人造衛(wèi)星上天1．給出牛頓的拋體運(yùn)動(dòng)圖，提出問(wèn)題，在地面上拋出的物體為什么要落回地面？引導(dǎo)學(xué)生討論：由于受到地球引力的作用，所以最終會(huì)落到地面。再深入探究：（1）月球也要受到地球引力的作用，為什么月亮不會(huì)落到地面上來(lái)？（2）若拋出的物體的速度足夠大，物體將會(huì)怎樣？（二）

人造衛(wèi)星上天1．給出牛頓的拋體運(yùn)動(dòng)圖，提出問(wèn)題，在145學(xué)生分小組討論，得到月球受到的地球的引力，用來(lái)充當(dāng)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力，故而月球并不會(huì)落到地面上。如果拋出的物體的速度足夠大，物體飛行的距離也很大，由于地球是一圓球體，故物體將不能再落回地面，而成為一顆繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的人造衛(wèi)星。學(xué)生分小組討論，得到月球受到的地球的引力，用來(lái)充當(dāng)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)1462．從上面學(xué)習(xí)可知，當(dāng)拋出的物體的速度足夠大時(shí)就可以成為衛(wèi)星，那么如何獲得這么大的速度呢？向?qū)W生介紹俄國(guó)科學(xué)家齊奧爾科夫斯基利用多級(jí)火箭克服地球引力實(shí)現(xiàn)宇宙航行的構(gòu)想。介紹中國(guó)成功發(fā)射的運(yùn)載火箭。

2．從上面學(xué)習(xí)可知，當(dāng)拋出的物體的速度足夠大時(shí)就可以成為衛(wèi)星1473．教師進(jìn)一步提出：當(dāng)拋出的物體的速度足夠大時(shí)就可以成為衛(wèi)星，那速度要大到什么程度就叫足夠大了。請(qǐng)同學(xué)們思考如何計(jì)算這個(gè)速度?？梢苑中〗M討論，首先要弄清楚：要求這個(gè)速度，我們已經(jīng)知道的并可能被利用的數(shù)據(jù)有哪些？（讓學(xué)生自己尋找已知條件）

3．教師進(jìn)一步提出：當(dāng)拋出的物體的速度足夠大時(shí)就可以成為衛(wèi)星148預(yù)測(cè)：學(xué)生的回答可能這樣：知道G、g、M地、R地、r月、T衛(wèi)、T月、v等；教師進(jìn)一步引導(dǎo)，根據(jù)大家所給的已知條件，可以聯(lián)想到與之有關(guān)的什么公式？預(yù)測(cè)：學(xué)生的回答可能這樣：

預(yù)測(cè)：學(xué)生的回答可能這樣：知道G、g、M地、R地、r月、149如果學(xué)生只提出其中的一種或兩種求法，教師可以啟發(fā)學(xué)生得到各種計(jì)算方法。可以根據(jù)學(xué)生給的：讓學(xué)生用不同的公式計(jì)算速度。代入數(shù)據(jù)算出速度為7.9km/s。這個(gè)速度稱為第一宇宙速度,也稱為環(huán)繞速度。

如果學(xué)生只提出其中的一種或兩種求法，教師可以啟發(fā)學(xué)生得到各種1507.9km/s這個(gè)速度到底有多大，學(xué)生沒(méi)有感性認(rèn)識(shí)，可以給學(xué)生舉一些例子來(lái)說(shuō)明。比如：在高速公路上乘過(guò)車(chē)的同學(xué)可以推算，高速公路上最高限速為120km/h，換算成33.3m/s，第一宇宙速度將近是它的240倍；農(nóng)村學(xué)生如果家離學(xué)校較遠(yuǎn)，可以推算以第一宇宙速度從家到校只需幾秒……。通過(guò)這些例子，讓學(xué)生體會(huì)第一宇宙速度的“快”，體會(huì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的偉大。

7.9km/s這個(gè)速度到底有多大，學(xué)生沒(méi)有感性認(rèn)識(shí)，可以給學(xué)1514．如果物體發(fā)射的速度更大，第二宇宙速度v2=11.2km/s時(shí)，物體將能夠擺脫地球引力束縛，v3=16.7km/s這個(gè)速度稱為第三宇宙速度，物體將能夠擺脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系外。4．如果物體發(fā)射的速度更大，第二宇宙速度v2=11.2km1525．迷你實(shí)驗(yàn)：要求學(xué)生體會(huì)：用手拉著繩子的一端，讓小球旋轉(zhuǎn)時(shí)，手有什么感覺(jué)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)很快時(shí)，小球會(huì)掙斷繩子飛出去，想想這是為什么。用一根更細(xì)的繩子，小球更容易掙脫，這又是為什么？引導(dǎo)學(xué)生理解這是因?yàn)槔K子的拉力不足以提供小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，所以出現(xiàn)了離心現(xiàn)象。5．迷你實(shí)驗(yàn)：要求學(xué)生體會(huì)：用手拉著繩子的一端，讓小球旋轉(zhuǎn)時(shí)1536．討論與交流：由“阿波羅”登月往返航線引發(fā)的思考?？梢宰寣W(xué)生在課堂各抒己見(jiàn)，教師對(duì)學(xué)生的各種思考給予分析評(píng)價(jià)，如果出現(xiàn)不能解決的問(wèn)題，可以作為學(xué)生課后研究性學(xué)習(xí)的一個(gè)課題。

6．討論與交流：由“阿波羅”登月往返航線引發(fā)的思考?？梢宰寣W(xué)1547.探究運(yùn)行速率與半徑的關(guān)系

預(yù)測(cè)：學(xué)生的回答有兩種可能：教師引導(dǎo)當(dāng)r改變，g、v會(huì)變，不能得到v與r的關(guān)系只能認(rèn)為得出衛(wèi)星的運(yùn)行速度與其本身質(zhì)量無(wú)關(guān)，與其軌道半徑的平方根成反比。這是一個(gè)非常有用的結(jié)論。7.探究運(yùn)行速率與半徑的關(guān)系預(yù)測(cè)：學(xué)生的回答有兩種可能：155（三）預(yù)測(cè)未知天體

可以讓學(xué)生閱讀課文，回答老師提出問(wèn)題：（1）用萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)了哪些行星？（2）人們是怎樣應(yīng)用萬(wàn)有引力定律來(lái)發(fā)現(xiàn)未知天體的？引導(dǎo)學(xué)生得出用萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)了海王星，冥王星。（三）預(yù)測(cè)未知天體可以讓學(xué)生閱讀課文，回答老師提出問(wèn)題：156人們?cè)陂L(zhǎng)期的觀察中發(fā)現(xiàn)天王星的運(yùn)行軌道與用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出的有較大的偏差。于是，有人推測(cè)，在天王星的軌道外側(cè)可能還有一顆行星，它對(duì)天王星的引力使天王星的軌道發(fā)生偏離。而且人們計(jì)算出這顆行星的可能軌道，并且在計(jì)算出的位置終于觀測(cè)到了這顆新的行星，將它命名為海王星。再后，又發(fā)現(xiàn)海王星的軌道也與計(jì)算值有偏差，人們進(jìn)一步推測(cè)，海王星軌道外側(cè)還有一顆行星，于是用同樣的方法發(fā)現(xiàn)了冥王星?？梢?jiàn)萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值。人們?cè)陂L(zhǎng)期的觀察中發(fā)現(xiàn)天王星的運(yùn)行軌道與用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出157三、案例心得

本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)在利用萬(wàn)有引力定律推導(dǎo)第一宇宙速度和運(yùn)行速率與半徑的關(guān)系，教師要注重創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，激發(fā)學(xué)生的探究熱情，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展，有步驟的提出幾個(gè)問(wèn)題，使學(xué)生在自己的獨(dú)立思考和交流過(guò)程中，不斷的發(fā)展自己的觀點(diǎn)，經(jīng)歷了學(xué)習(xí)過(guò)程的體驗(yàn)。迷你實(shí)驗(yàn)室：由“阿波羅”登月往返航線引發(fā)的討論中，給了學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)收集、處理信息的能力。三、案例心得本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)在利用萬(wàn)有引力定律推導(dǎo)第一宇宙速158專題應(yīng)用萬(wàn)有引力定律分析天體運(yùn)動(dòng)

基本方法：在空中(r=R+h)：在地表（r≈R）：（黃金代換式）專題應(yīng)用萬(wàn)有引力定律分析天體運(yùn)動(dòng)基本方法：在空中(r=159衛(wèi)星mMmg表RroF引＝mg表mMo衛(wèi)星mr某天體MROmg空（不考慮天體自轉(zhuǎn)影響）衛(wèi)星mMmg表RroF引＝mg表mMo衛(wèi)星mr某天體MROm1601、中心天體質(zhì)量M一定，當(dāng)r增大時(shí)，a向＝g空、v、w、f均減小，只有T增大。注意以下問(wèn)題的分析：注意以下問(wèn)題的分析：161注：①物體隨地球自轉(zhuǎn)的a向1＝w2r∝r，其中r=Rcosθ②衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的a向2＝赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的a向1比近地衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的a向2要小得多,這是因?yàn)椋浩渲衦為m到地心的距離。注：①物體隨地球自轉(zhuǎn)的a向1＝w2r∝r，其中r=Rc