單元教學(xué)設(shè)計單元基本信息學(xué)科物理學(xué)校年級高一課程模塊必修第二冊使用教材版本人教版2019版單元涵蓋章、節(jié)萬有引力與宇宙航行行星的運動萬有引力定律萬有引力理論的成就宇宙航行相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性課標(biāo)要求2.2.4通過有關(guān)史實，了解萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程。知道萬有引力定律。認識萬有引力定律的重要意義。認識科學(xué)定律對人類探索未知世界的作用。2.2.5會計算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。2.3.1知道牛頓力學(xué)的局限性，體會人類對自然界的探索是不斷深入的。2.3.2初步了解相對論的時空觀。2.3.3關(guān)注宇宙起源和演化的研究進展。一、單元學(xué)習(xí)主題分析主題名稱基于核心素養(yǎng)的航空航天發(fā)展歷程的研究主題概述單元主題確定為《基于核心素養(yǎng)的航空航天發(fā)展歷程的研究》，本主題以萬有引力的演進為知識主線、以落實學(xué)科核心素養(yǎng)為目的：從知識的形成到知識的應(yīng)用再到知識的拓展，依托航空航天的發(fā)展歷程為情境主線進行設(shè)計。本主題分三個子主題，并按照單元主題教學(xué)思想注重各子主題之間的有效銜接：第一個子主題是“回顧過去”，介紹人類對行星運動規(guī)律的認識過程和建立萬有引力定律的過程。使學(xué)生感悟人類得出物理知識認識過程的漫長與艱辛，真理是來之不易的，認識到質(zhì)疑和創(chuàng)新的重要性。第二個子主題是“展示現(xiàn)在”，學(xué)習(xí)應(yīng)用萬有引力定律及載人航天與太空探究領(lǐng)域所取得的巨大成就，使學(xué)生對萬有引力定律的重要意義和作用有全面的了解，了解我國航天事業(yè)的發(fā)展，增強民族自豪感。第三個子主題是“展望未來”，讓學(xué)生知道牛頓力學(xué)具有局限性，初步了解相對論時空觀，關(guān)注宇宙起源和演化的進展，體會人類對自然界的探索是不斷深入的。學(xué)情分析已有基礎(chǔ)：同學(xué)們進入高中階段學(xué)習(xí)物理以來，主要學(xué)習(xí)了牛頓運動定律和曲線運動。對物理模型建構(gòu)、類比法、極限法等物理方法已經(jīng)初步掌握。牛頓運動定律正是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，前面的學(xué)習(xí)為本章的學(xué)習(xí)奠定了一定學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)障礙：本章內(nèi)容從地面上升到空間宇宙對學(xué)生來說是抽象的、陌生的，甚至無法去感知。對天體的運動充滿好奇，又覺得非常神秘而不易理解。所以必須去引導(dǎo)學(xué)生了解人們對星體運動認識的發(fā)展過程，在學(xué)生整體感知的過程中引導(dǎo)學(xué)生體會這些大師們的思路、方法及他們的一絲不茍的科學(xué)精神，并激發(fā)他們熱愛科學(xué)、探索真理的求知熱情和愛國主義情懷。在學(xué)習(xí)天體運動時乎不能用具體的實驗方法去演示，所以對于學(xué)生的想象力、思維能力、推導(dǎo)能力的要求較高。對于學(xué)生存在一定的挑戰(zhàn)。教學(xué)輔助支持學(xué)習(xí)小組+黑板、多媒體平臺（包括電腦及實物投影裝置等）、視頻資源、word、ppt課件及excel辦公軟件等有利于發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的學(xué)習(xí)環(huán)境。二、單元學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計單元學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過閱讀、互聯(lián)網(wǎng)搜集資料和小組交流，了解人類對行星運動規(guī)律的認識歷程。體會科學(xué)家們實事求是、尊重客觀事實、不迷信權(quán)威、敢于堅持真理和勇于探索的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。感悟人類對行星運動的認識過程是漫長復(fù)雜的，真理是來之不易的。2.通過動手操作畫橢圓，對橢圓有一個感性認識。閱讀教材及對具體數(shù)據(jù)分析知道開普勒行星運動的三個定律，k值大小與中心天體有關(guān)，與行星無關(guān)。認識定律律的科學(xué)價值。3.經(jīng)歷一次自己“發(fā)現(xiàn)”太陽與行星間引力，推導(dǎo)出太陽與行星間引力的方向和表達式的過程，體會牛頓定律在推導(dǎo)太陽與行星間引力時的作用。提升科學(xué)探究能力。4.結(jié)合“月－地檢驗”通過思維程序知道地球上的重物下落與天體運動的統(tǒng)一。體會在科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程中猜想和求證的重要性及物理學(xué)的簡潔之美。通過視頻材料了解引力常量的測定過程，知道引力常量的測定在科學(xué)史上的重要意義。感悟?qū)W習(xí)中互相協(xié)作、互相借鑒也是具有重要意義。5通過具體問題的解決，認識到萬有引力定律的巨大成就。通過對航空航天事業(yè)的發(fā)展了解，體驗人類探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅，有將科學(xué)技術(shù)服務(wù)于人類的意識。初步了解相對論時空觀，關(guān)注宇宙起源和演化的進展，體會人類對自然界的探索是不斷深入的。三、單元學(xué)習(xí)評價評價內(nèi)容能應(yīng)用開普勒三定律解決天體運動問題；能推導(dǎo)萬有引力定律，熟知萬有引力定律的內(nèi)容和適用范圍；會利用萬有引力定律，解決天體運動的實際問題。知道牛頓力學(xué)的局限性，初步了解相對論的時空觀。評價方法學(xué)習(xí)活動過程評價；課前、課中、課后作業(yè)檢測評價；拓展提升及課后反思評價；自我評價及同伴、教師評價等結(jié)果性評價。四、課時總數(shù)與課時分配課時總數(shù)6課時模塊一回顧過去第一課時：行星的運動第二課時：萬有引力定律課時數(shù)：2課時學(xué)業(yè)質(zhì)量水平等級達成等級物理觀念：水平1、水平2、水平3科學(xué)探究：水平1、水平2、水平3科學(xué)思維：水平1、水平2、水平3模塊二展示現(xiàn)在第三課時：萬有引力定律的成就第四、五課時：宇宙航行課時數(shù)：3課時學(xué)業(yè)質(zhì)量水平等級達成等級物理觀念：水平1、水平2科學(xué)思維：水平1、水平2、水平3、水平4科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：水平1、水平2、水平3模塊三展現(xiàn)未來第6課時：相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性課時數(shù)：1課時學(xué)業(yè)質(zhì)量水平等級達成等級物理觀念：水平1科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：水平1、水平2、五、單元核心任務(wù)任務(wù)核心任務(wù)(活動)內(nèi)容表述作用與意義任務(wù)/活動1從古人的“天圓地方”到開普勒三個定律的物理學(xué)史內(nèi)容的查閱、交流。（1）地心說與日心說爭論是什么？（2）托勒密的池心說和哥白尼的日心說有哪些相似的地方？（3）為什么日心說最終戰(zhàn)勝了地心說？通過互聯(lián)網(wǎng)搜集資料和小組交流，了解人類對行星運動規(guī)律的認識歷程。知道地心說和日心說的基本內(nèi)容。感悟人類對行星運動的認識過程是漫長復(fù)雜的，真理是來之不易的。體會觀察法在認識行星運動規(guī)律中的作用。任務(wù)/活動2推導(dǎo)萬有引力定律：推導(dǎo)萬有引力定律：（一）太陽與行星間的引力（1）設(shè)行星的質(zhì)量為m，速度為v，行星到太陽的距離為r，則行星繞太陽做勻速圓周運動，寫出行星需要的向心力表達式，并說明式中符號的物理意義。（2）行星運動的線速度v與周期T的關(guān)系式如何？天文觀測難以直接得到行星的速度v，但可以得到行星的公轉(zhuǎn)周期T，寫出用T表示向心力的表達式。（3）如何應(yīng)用開普勒第三定律消去周期T？寫出消去周期T后向心力的表達式。（4）寫出太陽對行星的引力F與距離r的比例式，說明比例式的意義。月-地檢驗與萬有引力定律1.理論分析：地球半徑R=6.4×106m，地球與月球之間的距離是地球半徑的60倍。一個物體放在地球表面上受到的力和將這個物體放在月球軌道上所受到的引力，滿足什么比例關(guān)系？它們的加速度a又滿足什么比例關(guān)系？你可以算出物體在月球軌道上的加速度嗎？2.天文觀測數(shù)據(jù)分析：T=27.3天，地球半徑R=6.4×106m，地球與月球之間的距離是地球半徑的60倍。我們把物體放在月球軌道上，那么它會繞著地球做圓周運動，需要的向心力由物體與地球之間的引力提供，那向心加速度怎么求出來呢？通過問題引領(lǐng)，使學(xué)生經(jīng)歷一次自己“發(fā)現(xiàn)”太陽與行星間引力。通過問題的提出、演繹、假設(shè)與推理、結(jié)論的得出、檢驗論證等，是一個比較完整的探究過程。提升學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。領(lǐng)會將不易測量的物理量轉(zhuǎn)化為易測量物理量的方法。通過理論分析和數(shù)據(jù)計算，認識到萬有引力定律的普適性；通過教師講解知道公式中r的物理意義。會用該定律解決簡單的引力計算問題。知道地球上的重物下落與天體運動的統(tǒng)一。體會在科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程中猜想和求證的重要性。任務(wù)/活動3“稱量”地球的質(zhì)量：1.地球上的質(zhì)量為M的物體所受的重力與地球和物體間的引力之間是什么關(guān)系？已知地球表面附近的重力加速度度g和地球半徑R，為了測地球的質(zhì)量，需要對模型進行怎樣的簡化？能簡化嗎？試估算地球質(zhì)量。（1）判斷式中的量是否可觀測？（2）如何測地球表面重力加速度？引導(dǎo)學(xué)生建立物理模型，并明確求解思路。通過具體的案例使學(xué)生認識發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的重要意義，認識科學(xué)定律對人類探索未知世界的作用。通過具體問題的解決，讓學(xué)生認識到萬有引力定律經(jīng)受了實踐的檢驗，取得了巨大成功。使學(xué)生深刻體會科學(xué)定律對人類探索未知世界的作用，激起學(xué)生對科學(xué)探究的興趣。任務(wù)/活動4人造衛(wèi)星的發(fā)射1.衛(wèi)星從軌道1上的P點轉(zhuǎn)移到軌道2上做的是運動（填離心或近心）需要衛(wèi)星，（加速或減速）所以經(jīng)過P點的速度Vp1、速度Vp2的大小關(guān)系是。2.衛(wèi)星從2軌道上的近地點P點向遠地點Q點運動的過程中，衛(wèi)星的速度（增大或減?。┙?jīng)過P點的速度Vp2和經(jīng)過Q點的速度VQ2的大小關(guān)系是。3.欲使衛(wèi)星從軌道2上的Q點轉(zhuǎn)移到軌道3，衛(wèi)星需要（加速或減速）所以VQ2與VQ3速度的大小關(guān)系是。衛(wèi)星在1軌道和3軌道做的都是圓周運動，所以根據(jù)“高軌低速長周期”，得Vp1與VQ3的速度大小關(guān)系是。4.比較衛(wèi)星在軌道Ⅰ上經(jīng)過P點時的加速度ap1，與它在軌道Ⅱ上經(jīng)過P點時的加速度ap2關(guān)系如何？同理，aQ2與aQ3大小關(guān)系如何？通過思考討論和體驗實驗，理解衛(wèi)星發(fā)射的原理。了解我國在載人航天和宇宙探索方面的成就與進展的介紹，增強學(xué)生的民族自豪感，感受人類對客觀世界不斷探究的精神和情感。有將科學(xué)技術(shù)服務(wù)于人類的意識。六、單元知識關(guān)系及教學(xué)流程單元物理科學(xué)方法歸納;歸納法、估算法、理想模型法、類比法、科學(xué)推理法、轉(zhuǎn)換法、放大法等單元知識演進及教學(xué)流程描述七、單元作業(yè)設(shè)計跟著嫦娥五號去“旅行”（一）啟動籌備，蓄勢待發(fā)(理解定律)1.如圖所示，火星和地球都在圍繞著太陽旋轉(zhuǎn)，其運行軌道是橢圓。根據(jù)開普勒行星運動定律可知(????)A.太陽位于地球運行軌道的中心B.地球靠近太陽的過程中，運行速率減小C.火星遠離太陽的過程中，它與太陽的連線在相等時間內(nèi)掃過的面積逐漸增大D.火星繞太陽一周的時間比地球繞太陽運行一周的時間長2.對于質(zhì)量分別為m1和m2的兩個物體間的萬有引力的表達式F=G，下列說法正確的是（）A．公式中G是引力常量，它是由實驗測得的，而不是人為規(guī)定的B．當(dāng)兩物體間的距離r趨于零時，萬有引力趨于無窮大C．當(dāng)有第三個物體放在m1、m2之間時，m1和m2間的萬有引力將增大D．m1和m2所受的引力性質(zhì)可能相同，也可能不同3.如圖所示，陰影區(qū)域是質(zhì)量為M、半徑為R的球體挖去一個小圓球后的剩余部分，所挖去的小圓球的球心和大球球心間的距離是R/2，小球的半徑是R/2，則球體剩余部分對球體外離球心O距離為2R、質(zhì)量為m的質(zhì)點P的引力為多少？（二）飛離地球，繞地調(diào)整（環(huán)繞模型）1.如圖所示，在同一軌道平面上的三顆人造地球衛(wèi)星A、B、C，在某一時刻恰好在同一直線上，下列說法正確的是()A．根據(jù)v＝eq\r(gR)，可知三顆衛(wèi)星的線速度vA＜vB＜vCB．根據(jù)萬有引力定律，可知三顆衛(wèi)星受到的萬有引力FA＞FB＞FCC．三顆衛(wèi)星的向心加速度aA＞aB＞aCD．三顆衛(wèi)星運行的角速度ωA＜ωB＜ωC2.（多選）如圖所示，宇宙中一對年輕的雙星，在距離地球16萬光年的蜘蛛星云之中。該雙星系統(tǒng)由兩顆熾熱又明亮的大質(zhì)量恒星構(gòu)成，二者圍繞連接線上中間某個點旋轉(zhuǎn)。通過觀測發(fā)現(xiàn)，兩顆恒星正在緩慢靠近。不計其他天體的影響，且兩顆恒星的質(zhì)量不變。則以下說法中正確的是（）A．雙星之間引力變大B．每顆星的加速度均變小C．雙星系統(tǒng)周期逐漸變大D．雙星系統(tǒng)轉(zhuǎn)動的角速度變大3.神舟13號載人飛船與空間站組合體完成自主快速對接。航天員翟志剛，王亞平，葉光富進駐天和核心艙，中國空間站開啟有人長期駐留時代。某同學(xué)查找相關(guān)資料了解到我國空間站離地最近距離為388.6km最遠距離為401.3km，已知地球半徑約為6400km，地球同步衛(wèi)星的軌道半徑為地球半徑6.6倍。（1）空間站運行的速度與第一宇宙速度關(guān)系?（2）空間站的周期是多少？（3）求地球的質(zhì)量（三）軌道修正，奔向月球（速度條件、變軌模型）1.圖為設(shè)想中的“嫦娥五號”月球探測器飛行路線示意圖。(1)已知月球與地球質(zhì)量之比為M月：M地=1：18。當(dāng)探測器飛至月地連線上某點P時，月球與地球?qū)λ囊η『玫窒藭rP到月球球心與地球球心的距離之比為（2）探測器飛離地球的速度條件：(3)結(jié)合圖中信息，通過推理，可以得出的結(jié)論是()①探測器飛離地球時速度方向指向月球②探測器經(jīng)過多次軌道修正，進入預(yù)定繞月軌道③探測器繞地球的旋轉(zhuǎn)方向與探測器繞月球的旋轉(zhuǎn)方向一致④探測器進入繞月軌道后，運行半徑逐漸減小，直至到達預(yù)定軌道A、①③B、①④C、②③D、②④（四）被月捕獲，抵達月球（變軌模型、綜合應(yīng)用）1.嫦娥五號探測器經(jīng)過約112小時的奔月飛行，順利進入環(huán)月軌道。如圖所示是嫦娥五號探測器到達月面之前的兩個軌道，軌道I為環(huán)月圓軌道，軌道II是橢圓軌道，其中B為近月點，A為遠月點。（寫必要的公式和文字說明）（1）嫦娥五號探測器在軌道I上運動到A點時的加速度與在軌道II上運動到A點時的加速度關(guān)系？（2）嫦娥五號探測器從軌道I變軌到軌道II，速度如何變化、需要向哪個方向噴氣？2.“嫦娥五號”在月球正面預(yù)選著陸區(qū)著陸。月球車從距月球表面h米高度自由下落七秒到達月球表面,已知月球半徑為r，自轉(zhuǎn)周期為T引力常量為G,求：（1）月球的第一宇宙速度和月球的平均密度（2）月球同步衛(wèi)星離月球表面的高度3.中國探月工程計劃在穩(wěn)步進行，假設(shè)你有幸成為中國登月第一人對月球進行科學(xué)觀測。測得月球的半徑和質(zhì)量M，請你選擇其中一個小題作答。（要求：說明選用的器材測量的物理量的名稱及符號，已知引力常量為G。）（1）在進入月球表面的圓形軌道繞行后，著陸在月球上。你攜帶的設(shè)備有以下器材：A．秒表一只；B．質(zhì)量為m的物體一個；C．彈簧測力