课程必修2《万有引力》和《相对论和量子论》全章解读鲁科课件

1、 接受学习需渗透科学探究思想接受学习需渗透科学探究思想 浅析高中物理必修浅析高中物理必修2 2教学教学第第5章章 万有引力定律及其应用万有引力定律及其应用 n本章课程标准及解读：本章课程标准及解读：n（1）通过有关事实了解万有引力的发现）通过有关事实了解万有引力的发现过程。知道万有引力定律。认识发现万过程。知道万有引力定律。认识发现万有引力定律的重要意义，体会科学定律有引力定律的重要意义，体会科学定律对人类探索未知世界的作用。对人类探索未知世界的作用。n通过史实了解万有引力定律的发现过程，这里通过史实了解万有引力定律的发现过程，这里强调了对物理学发展历程的展示，体现了学科强调了对物理学发展历程

2、的展示，体现了学科渗透的理念。当然学生不仅要了解发现过程，渗透的理念。当然学生不仅要了解发现过程，而且还应知道万有引力定律。而且还应知道万有引力定律。 n万有引力定律的发现具有非常重要的意义，如万有引力定律的发现具有非常重要的意义，如促使物理学完成了第一次大综合，预测了当时促使物理学完成了第一次大综合，预测了当时的未知天体，使人造卫星上天等等，万有引力的未知天体，使人造卫星上天等等，万有引力定律的发现让人类对世界有了更多的认识，学定律的发现让人类对世界有了更多的认识，学生应由此体会科学定律对人类认识世界的作用。生应由此体会科学定律对人类认识世界的作用。 n（2）会计算人造卫星的环绕速度。知道）

3、会计算人造卫星的环绕速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。第二宇宙速度和第三宇宙速度。 n学生应该知道什么是环绕速度，会通过公式计学生应该知道什么是环绕速度，会通过公式计算人造卫星的环绕速度，知道为什么人造卫星算人造卫星的环绕速度，知道为什么人造卫星不会从天上掉下来。不会从天上掉下来。 n学生还应知道什么是第二宇宙速度和第三宇宙学生还应知道什么是第二宇宙速度和第三宇宙速度，什么情况下卫星达到第二宇宙速度和第速度，什么情况下卫星达到第二宇宙速度和第三宇宙速度。三宇宙速度。 n这些内容学生会很感兴趣，因此可以组织学生这些内容学生会很感兴趣，因此可以组织学生观看有关人造地球卫星、航天飞机、空间站的观

4、看有关人造地球卫星、航天飞机、空间站的录像片等，进一步激发学生的学习兴趣，了解录像片等，进一步激发学生的学习兴趣，了解人类在这方面的进展。人类在这方面的进展。n（3）通过实例，了解经典力学的发展历）通过实例，了解经典力学的发展历程和伟大成就，体会经典力学创立的价值程和伟大成就，体会经典力学创立的价值与意义，认识经典力学的实用范围和局限与意义，认识经典力学的实用范围和局限性。性。n本条目要求学生从历史的角度，通过实例了解经本条目要求学生从历史的角度，通过实例了解经典力学的发展历程，了解经典物理的伟大成就及典力学的发展历程，了解经典物理的伟大成就及其对人类社会发展带来的影响，例如，让学生了其对人类

5、社会发展带来的影响，例如，让学生了解经典力学对航天技术发展的重大贡献等，再如，解经典力学对航天技术发展的重大贡献等，再如，让学生比较重物下落与天体运动的多样性与统一让学生比较重物下落与天体运动的多样性与统一性，了解万有引力定律对科学发展所起的重要作性，了解万有引力定律对科学发展所起的重要作用，由此，让学生体会经典力学创立的价值与意用，由此，让学生体会经典力学创立的价值与意义。在实践活动中可以让学生收集我国和世界航义。在实践活动中可以让学生收集我国和世界航天事业发展历史和前景的资料，写出调查报告等。天事业发展历史和前景的资料，写出调查报告等。n当然随着时代的发展，科技的进步，经典当然随着时代的发

6、展，科技的进步，经典力学也逐步显现出一定的局限性，因此，力学也逐步显现出一定的局限性，因此，本条目要求学生认识经典力学的实用范围本条目要求学生认识经典力学的实用范围和局限性。这有利于学生整体上了解物理和局限性。这有利于学生整体上了解物理学的发展历程，把握物理学的主要思想。学的发展历程，把握物理学的主要思想。 n（4）体会科学研究方法对人们认识自然）体会科学研究方法对人们认识自然的重要作用。举例说明物理学的进展对于的重要作用。举例说明物理学的进展对于自然科学的促进作用。自然科学的促进作用。 n在学习共同必修课程时，学生还应体会科在学习共同必修课程时，学生还应体会科学研究方法对人们认识自然的重要作

7、用。学研究方法对人们认识自然的重要作用。物理学是一门基础学科，对其他学科的发物理学是一门基础学科，对其他学科的发展发挥了重要的作用，因此，学生应该通展发挥了重要的作用，因此，学生应该通过实例了解物理学的发展对自然科学的进过实例了解物理学的发展对自然科学的进步的重要作用。步的重要作用。 n本章学习万有引力定律和天体运动规律方面的有关知本章学习万有引力定律和天体运动规律方面的有关知识；培养发现问题、提出问题的能力和建立假设的能识；培养发现问题、提出问题的能力和建立假设的能力。本章重点是理解万有引力定律的内容、了解卫星力。本章重点是理解万有引力定律的内容、了解卫星发射的基本原理；难点是运用万有引力定

8、律计算卫星发射的基本原理；难点是运用万有引力定律计算卫星的环绕速度。的环绕速度。n通过本章学习，了解经典力学对航天技术发展的重大通过本章学习，了解经典力学对航天技术发展的重大贡献；通过用万有引力定律发现未知天体的事实，了贡献；通过用万有引力定律发现未知天体的事实，了解科学定律对人类认识世界的作用。了解科学探索过解科学定律对人类认识世界的作用。了解科学探索过程的曲折与艰辛，体会科学家勇于探索，实事求是的程的曲折与艰辛，体会科学家勇于探索，实事求是的科学态度与科学精神。科学态度与科学精神。编者编写意图：编者编写意图：课程简介课程简介n本章从本章从“嫦娥奔月到嫦娥奔月到阿波罗阿波罗上天上天”导入，按

9、导入，按“万有引力定律及常量万有引力定律及常量的测定的测定”、“万有引力定律的应用万有引力定律的应用”、“人类对太空的不懈追求人类对太空的不懈追求”三部三部分编写。分编写。n 通过导入嫦娥奔月的神话与通过导入嫦娥奔月的神话与“阿波罗阿波罗”的现实对比，一方面让学生体会的现实对比，一方面让学生体会人类在不懈追求中的伟大成就，另一方面也由此激发学生对人类在不懈追求中的伟大成就，另一方面也由此激发学生对“阿波罗阿波罗”上天的好奇与求知欲，为万有引力定律的引进铺垫；接着介绍行星运动上天的好奇与求知欲，为万有引力定律的引进铺垫；接着介绍行星运动规律、万有引力定律及引力常量的测定等；然后通过卫星上天、未知

10、天规律、万有引力定律及引力常量的测定等；然后通过卫星上天、未知天体的预测等凸秒显万有引力定律对人类社会进步和科学发展的促进作用；体的预测等凸秒显万有引力定律对人类社会进步和科学发展的促进作用；最后通过最后通过“古希腊人的思考古希腊人的思考”、“文艺复兴的撞击文艺复兴的撞击”、“牛顿的大综牛顿的大综合合”、“对太空的探索对太空的探索”等，展示了万有引力定律的发现过程，反映了等，展示了万有引力定律的发现过程，反映了科学探索过程的曲折与艰辛，体现了科学家勇于探索、实事求是的科学科学探索过程的曲折与艰辛，体现了科学家勇于探索、实事求是的科学态度与科学精神，凸现了牛顿对物理学上第一次大综合的重要意义，介

11、态度与科学精神，凸现了牛顿对物理学上第一次大综合的重要意义，介绍了人类在探索太空中取得的伟大成就。绍了人类在探索太空中取得的伟大成就。第第1节节 万有引力定律及引力常量万有引力定律及引力常量的的 测定测定 n一、一、 内容与地位内容与地位 n根据根据普通高中物理课程标准普通高中物理课程标准共同必修模块共同必修模块“物理物理2”对本节的要求，在教与学的过程中应对本节的要求，在教与学的过程中应让学生领悟到万有引力定律揭示了自然界最普让学生领悟到万有引力定律揭示了自然界最普遍的一种相互作用，它的发现具有非常重要的遍的一种相互作用，它的发现具有非常重要的意义，如促使物理学完成了第一次大综合。引意义，如

12、促使物理学完成了第一次大综合。引力常量的测定又赋予了万有引力定律真正的实力常量的测定又赋予了万有引力定律真正的实用价值。沿着历史的足迹了解万有引力定律的用价值。沿着历史的足迹了解万有引力定律的发现过程，体验科学探究过程的艰辛与乐趣，发现过程，体验科学探究过程的艰辛与乐趣，并从中学习科学的研究方法和科学精神。并从中学习科学的研究方法和科学精神。二、二、 教学目标教学目标 n（1）了解万有引力定律的发现过程，领）了解万有引力定律的发现过程，领悟科学的研究方法和科学精神。悟科学的研究方法和科学精神。n（2）理解万有引力定律的含义，知道万）理解万有引力定律的含义，知道万有引力定律并能进行简单计算。有引

13、力定律并能进行简单计算。n（3）通过引力常量的测定理解）通过引力常量的测定理解“将直接将直接测量量转化为间接测量量测量量转化为间接测量量”是科学研究是科学研究的重要方法之一。的重要方法之一。三、重点与难点三、重点与难点n（1）理解万有引力定律的含义，万有引）理解万有引力定律的含义，万有引力定律并能进行简单计算。力定律并能进行简单计算。n（2）理解引力常量的测定思路、方法及）理解引力常量的测定思路、方法及意义。意义。四、教学设计四、教学设计n（一）引入新课：（一）引入新课：n自古以来，人们不仅创造了关于星空的自古以来，人们不仅创造了关于星空的神话诗词，而且孜孜不卷地探索天体运神话诗词，而且孜孜不

14、卷地探索天体运动的规律。教师在课前让学生查阅、收动的规律。教师在课前让学生查阅、收集上述相关资料感受人类对太空的向往集上述相关资料感受人类对太空的向往和不懈探索追求。引入时选择几个典型和不懈探索追求。引入时选择几个典型的材料让学生发表简短的演说，激发学的材料让学生发表简短的演说，激发学生的学习热情。生的学习热情。（二）新课教学（二）新课教学 n1、行星运动的规律、行星运动的规律Tr . 2kTr231.”K”是与行星无关的常量，是与行星无关的常量，但对不同恒星，其周围绕行但对不同恒星，其周围绕行的行星的的行星的K值是不同的。值是不同的。即：水星即：水星冥王星周期由小冥王星周期由小到大到大2、万

15、有引力定律、万有引力定律 n（1）推导：行星为什么要绕太阳运动？）推导：行星为什么要绕太阳运动？行星受太阳的引力（已是常识），引力行星受太阳的引力（已是常识），引力有何规律呢？首先将行星运动近似为圆有何规律呢？首先将行星运动近似为圆轨道上的匀速圆周运动，请学生思考：轨道上的匀速圆周运动，请学生思考：能否根据行星运动的规律推导引力作用能否根据行星运动的规律推导引力作用的规律？的规律？n由牛顿运动定律、开普勒第三定律可推导得：221rmmGF 说明：该部分内容教师可视学生的具体情况取舍。当然，推导使得万有引力定律公式在逻辑上更严密，结构上前后呼应； 值得提醒学生注意的是牛顿是在椭圆轨道下证明万有引

16、力定律的。n(2)进一步请学生思考：进一步请学生思考：重力使苹果落地，重力使苹果落地，设想苹果树不断长高直至月球的轨道，苹果设想苹果树不断长高直至月球的轨道，苹果受地球引力依然落回地面，月球也受到地球受地球引力依然落回地面，月球也受到地球引力为什么没有落回地面？分小组讨论。引力为什么没有落回地面？分小组讨论。n预测：学生参与讨论，可能有不同的观点：预测：学生参与讨论，可能有不同的观点：nA）引力与重力不同，引力作用下物体做环绕运）引力与重力不同，引力作用下物体做环绕运动，重力作用下物体竖直下落，力的作用效果不动，重力作用下物体竖直下落，力的作用效果不同；同；nB）月球太远引力不够大，所以月球才

17、没有落回）月球太远引力不够大，所以月球才没有落回地面；地面；nC）只是月球有速度而苹果是静止，因而月球做）只是月球有速度而苹果是静止，因而月球做环绕运动（曲线运动）、苹果竖直下落，其实引环绕运动（曲线运动）、苹果竖直下落，其实引力与重力本质应是相同。力与重力本质应是相同。 nn师：如何判断一物体的运动规律？师：如何判断一物体的运动规律？n应由受力情况和运动初态两方面共同决定。应由受力情况和运动初态两方面共同决定。进一步明确月球与苹果不同在于两者受力进一步明确月球与苹果不同在于两者受力时的运动初态不同，即月球有速度而苹果时的运动初态不同，即月球有速度而苹果是静止，地球对月球的引力提供了月球绕是静

18、止，地球对月球的引力提供了月球绕地球运动所需的向心力，对月球产生向心地球运动所需的向心力，对月球产生向心加速度。地球对苹果的重力产生自由下落加速度。地球对苹果的重力产生自由下落加速度。地球对月球的引力、地球对苹果加速度。地球对月球的引力、地球对苹果的引力本质上是一样的。的引力本质上是一样的。（3）定量验证：）定量验证： 牛顿的牛顿的“月月地地”检验检验 n说明说明：定性分析有助于开拓学定性分析有助于开拓学生思路，是否做定量验证教师生思路，是否做定量验证教师可视学生的具体情况取舍。可视学生的具体情况取舍。 n结论；地球对地面物体的引力、结论；地球对地面物体的引力、行星对卫星的引力以及太阳对行星对

19、卫星的引力以及太阳对行星的引力是同一性质的力，行星的引力是同一性质的力，遵循相同的规律，并由此推广遵循相同的规律，并由此推广为自然界任何两个物体间都存为自然界任何两个物体间都存在这样相互作用即万有引力。在这样相互作用即万有引力。 （4）万有引力定律）万有引力定律 n公式：公式： n适用条件：可以看成质点的两物体间或两适用条件：可以看成质点的两物体间或两均匀球体间的相互作用。均匀球体间的相互作用。 nr的含义：当两物体相距很远可以看成质点的含义：当两物体相距很远可以看成质点时，时，r是两质点间的距离；若是两个匀质的是两质点间的距离；若是两个匀质的球体，球体，r是两球心的距离。是两球心的距离。 2

20、21rmmGF n请判断下面说法是否正确：当两物体间距离请判断下面说法是否正确：当两物体间距离r不断不断减小至趋于零时，两物体间引力减小至趋于零时，两物体间引力F趋于无穷大。这趋于无穷大。这不可能，我们没有这样的体验，但错在哪呢？不可能，我们没有这样的体验，但错在哪呢？n生：万有引力的公式不正确，没有普遍性生：万有引力的公式不正确，没有普遍性n师：当师：当r趋于零时两物体不能看成质点，万有引力趋于零时两物体不能看成质点，万有引力定律公式已不再适用。定律公式已不再适用。n说明：可举一些实例说明以增加感性认识，如：两说明：可举一些实例说明以增加感性认识，如：两艘万吨级轮船相距艘万吨级轮船相距10k

21、m时相互吸引力的数量级为时相互吸引力的数量级为10-3N，等等。，等等。（三）（三） 引力常量的测定及其意义引力常量的测定及其意义n牛顿的万有引力定律发表牛顿的万有引力定律发表111年后才由卡文迪许年后才由卡文迪许第一次较精确的测出引力常量，其关键是如何将第一次较精确的测出引力常量，其关键是如何将一般物体间几乎可以忽略的引力显现出来并做定一般物体间几乎可以忽略的引力显现出来并做定量测量。量测量。n1、实验思路、方法：、实验思路、方法： n（1）由万有引力公式）由万有引力公式将直接测量量（将直接测量量（m、m 、r、F）来表示间）来表示间接测量量（接测量量（G）n（2）将微小量巧妙地）将微小量巧

22、妙地“放大放大”(如：放大微如：放大微小引力小引力F、放大石英丝、放大石英丝的扭转角度的扭转角度)n（3）可借鉴的演示实）可借鉴的演示实验：观察微小形变，如：验：观察微小形变，如：厚壁扁玻璃瓶的形变厚壁扁玻璃瓶的形变 、“光放大光放大”讲台面的形讲台面的形变变 说明：演示实验应请学生参与以调动学生积极性，增强师生的互动性。请学生思考并回答：卡文迪许的请学生思考并回答：卡文迪许的实验装置巧妙之处在哪？实验装置巧妙之处在哪？n师：收集学生观点并归纳如下：师：收集学生观点并归纳如下：n将力将力F的测量转化为力矩的测量转化为力矩M（M=FL）的测）的测量，由于引力很小因此需将量，由于引力很小因此需将T

23、型架的水平部分型架的水平部分做得很长；做得很长；n利用平面镜的反射来利用平面镜的反射来“放大放大”石英丝扭转角石英丝扭转角度，同时增大平面镜与刻度尺间的距离，使扭度，同时增大平面镜与刻度尺间的距离，使扭转角度更方便测量、提高测量的准确度；转角度更方便测量、提高测量的准确度；n整个装置轻巧、庞大并密封抗干扰以增强其整个装置轻巧、庞大并密封抗干扰以增强其灵敏度。灵敏度。n2、引力常量的测定的意义、引力常量的测定的意义n引力常量的测定证明了万有引力定律的引力常量的测定证明了万有引力定律的正确并使之具有了真正的实用价值。正确并使之具有了真正的实用价值。n3、应用：计算天体的质量、应用：计算天体的质量n

24、请思考：卡文迪许为什么被称为请思考：卡文迪许为什么被称为“能称能称出地球质量的人出地球质量的人”？根据这节课的知识，？根据这节课的知识，你能成为一个你能成为一个“能称出太阳质量的人能称出太阳质量的人”吗？吗？n建议：研究性小课题：我测引力常量建议：研究性小课题：我测引力常量n组织学生分小组进行实验方案设计、组织学生分小组进行实验方案设计、模拟实验，并形成小论文。这有助于模拟实验，并形成小论文。这有助于学生理解实验方法，培养创新精神。学生理解实验方法，培养创新精神。五、案例心得五、案例心得n本节课属于物理规律的教学，要重视展示万有引力本节课属于物理规律的教学，要重视展示万有引力定律发现历史的过程

25、，充分发挥史实对学生的启迪定律发现历史的过程，充分发挥史实对学生的启迪作用，让学生体验科学探究过程的艰辛与乐趣，学作用，让学生体验科学探究过程的艰辛与乐趣，学习科学的研究方法和科学精神。习科学的研究方法和科学精神。n对于万有引力定律学习，重视问题情景的创设，让对于万有引力定律学习，重视问题情景的创设，让学生经历问题分析的思维过程，使学生对规律的认学生经历问题分析的思维过程，使学生对规律的认识是丰富的、全面的。识是丰富的、全面的。n对于引力常量的测定的教学设计，通过一系列问题对于引力常量的测定的教学设计，通过一系列问题让学生在问题讨论中体会实验的巧妙设计，感受物让学生在问题讨论中体会实验的巧妙设

26、计，感受物理研究的方法，激发学生的创新意识。通过应用实理研究的方法，激发学生的创新意识。通过应用实例的学习体会到引力常量的测定的重要意义。例的学习体会到引力常量的测定的重要意义。第第2节节 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 n一、内容与地位一、内容与地位n本节课是在学习了圆周运动与万有引力定本节课是在学习了圆周运动与万有引力定律之后的一节应用课，因此，在教学中应律之后的一节应用课，因此，在教学中应让学生用万有引力定律对天体运动进行探让学生用万有引力定律对天体运动进行探究，采用启发式教学，要求学生知道人造究，采用启发式教学，要求学生知道人造卫星为什么不会从天上掉下来，会用公式卫星为什么不会从

27、天上掉下来，会用公式计算人造卫星的环绕速度，知道卫星的第计算人造卫星的环绕速度，知道卫星的第二宇宙速度和第三宇宙速度及达到这两个二宇宙速度和第三宇宙速度及达到这两个速度的的条件。速度的的条件。 二、教学目标二、教学目标 n（1）了解人造卫星，会计算人造卫星的环绕速）了解人造卫星，会计算人造卫星的环绕速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。n（2）利用万有引力定律探究第一宇宙速度以及）利用万有引力定律探究第一宇宙速度以及探究运行速率与半径的关系，使学生真切感受到探究运行速率与半径的关系，使学生真切感受到用自己所学的物理知识能解决天体的实际问题，用自己所学的物理知

28、识能解决天体的实际问题，激发学生学习的热情。激发学生学习的热情。n（3）通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激）通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情，通过万有引力定律的应用，发学生的爱国热情，通过万有引力定律的应用，让学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导让学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辨证唯物主义观点。实践的辨证唯物主义观点。三、三、 教学重点与难点教学重点与难点n利用万有引力定律探究运行速率与半径的关系、利用万有引力定律探究运行速率与半径的关系、估算中心天体质量、第一宇宙速度以及探究地球估算中心天体质量、第一宇宙速度以及探究地球同步卫星特点。同步卫星特点。n

29、本节是一节知识应用与扩展的课。首先根据学生本节是一节知识应用与扩展的课。首先根据学生已有的圆周运动与万有引力定律的知识，以及牛已有的圆周运动与万有引力定律的知识，以及牛顿当年的设想，与学生一起探究人造卫星上天的顿当年的设想，与学生一起探究人造卫星上天的原理。其次，关注学生已有的认知经验，围绕第原理。其次，关注学生已有的认知经验，围绕第一宇宙速度进行讨论，并且向学生介绍第二宇宙一宇宙速度进行讨论，并且向学生介绍第二宇宙速度和第三宇宙速度以及发现未知天体，让学生速度和第三宇宙速度以及发现未知天体，让学生形成较正确的卫星运动图景。形成较正确的卫星运动图景。 四、教学设计四、教学设计 n（一）（一）

30、导入新课导入新课n晴朗的夜空，当你抬头仰望满天星斗时，有时会看到晴朗的夜空，当你抬头仰望满天星斗时，有时会看到一种移动的星星，它像天幕上的神行太保匆匆奔忙，一种移动的星星，它像天幕上的神行太保匆匆奔忙，它们是什么星它们是什么星?在忙些什么？这种奇特的星星并不是宇在忙些什么？这种奇特的星星并不是宇宙间的星球，而是人类挂上天宇的明灯宙间的星球，而是人类挂上天宇的明灯人造地球人造地球卫星。它们巡天遨游卫星。它们巡天遨游 ，穿梭往来，忠实地为人类服务，穿梭往来，忠实地为人类服务，给冷寂的宇宙增添了生气和活力。别看人造卫星个头给冷寂的宇宙增添了生气和活力。别看人造卫星个头不大，五脏可齐全呢！它的通用系统

31、有结构，温度控不大，五脏可齐全呢！它的通用系统有结构，温度控制，姿态控制，能源，跟踪，遥测，遥控，通信，轨制，姿态控制，能源，跟踪，遥测，遥控，通信，轨道控制，天线等等系统，返回式卫星还有回收系统，道控制，天线等等系统，返回式卫星还有回收系统，此外还有根据任务需要而设的各种专用系统。此外还有根据任务需要而设的各种专用系统。（二）（二） 人造卫星上天人造卫星上天n1给出牛顿的抛体运动图，给出牛顿的抛体运动图，提出问题，在地面上抛出的物提出问题，在地面上抛出的物体为什么要落回地面？引导学体为什么要落回地面？引导学生讨论：由于受到地球引力的生讨论：由于受到地球引力的作用，所以最终会落到地面。作用，所

32、以最终会落到地面。n再深入探究：（再深入探究：（1）月球也要）月球也要受到地球引力的作用，为什么受到地球引力的作用，为什么月亮不会落到地面上来？月亮不会落到地面上来？n（2）若抛出的物体的速度足）若抛出的物体的速度足够大，物体将会怎样？够大，物体将会怎样？n学生分小组讨论，得到月球受到的地球的引力，学生分小组讨论，得到月球受到的地球的引力，用来充当绕地球运转的向心力，故而月球并不用来充当绕地球运转的向心力，故而月球并不会落到地面上。如果抛出的物体的速度足够大，会落到地面上。如果抛出的物体的速度足够大，物体飞行的距离也很大，由于地球是一圆球体，物体飞行的距离也很大，由于地球是一圆球体，故物体将不

33、能再落回地面，而成为一颗绕地球故物体将不能再落回地面，而成为一颗绕地球运转的人造卫星。运转的人造卫星。n2从上面学习可知，当抛出的物体从上面学习可知，当抛出的物体的速度足够大时就可以成为卫星，的速度足够大时就可以成为卫星，那么如何获得这么大的速度呢？那么如何获得这么大的速度呢？n向学生介绍俄国科学家齐奥尔科夫向学生介绍俄国科学家齐奥尔科夫斯基利用多级火箭克服地球引力实斯基利用多级火箭克服地球引力实现宇宙航行的构想。现宇宙航行的构想。n介绍中国成功发射的运载火箭。介绍中国成功发射的运载火箭。 n3教师进一步提出：当抛出的物体的速教师进一步提出：当抛出的物体的速度足够大时就可以成为卫星，那速度要度

34、足够大时就可以成为卫星，那速度要大到什么程度就叫足够大了。请同学们大到什么程度就叫足够大了。请同学们思考如何计算这个速度。思考如何计算这个速度。n可以分小组讨论，首先要弄清楚：要求可以分小组讨论，首先要弄清楚：要求这个速度，我们已经知道的并可能被利这个速度，我们已经知道的并可能被利用的数据有哪些？（让学生自己寻找已用的数据有哪些？（让学生自己寻找已知条件）知条件） n预测：预测：学生的回答可能这样：知道学生的回答可能这样：知道G、 g 、M地、地、R地地、r月月、T卫、卫、 T月、月、v等；等；n教师进一步引导，根据大家所给的已知条件，可教师进一步引导，根据大家所给的已知条件，可以联想到与之有

35、关的什么公式？以联想到与之有关的什么公式？n预测：预测：学生的回答可能这样：学生的回答可能这样： 2323222TRTrRvmmgR vmRm卫地月月地地地地地、MGn如果学生只提出其中的一种或两种求法，教师如果学生只提出其中的一种或两种求法，教师可以启发学生得到各种计算方法。可以启发学生得到各种计算方法。n可以根据学生给的可以根据学生给的 ：n让学生用不同的公式计算速度。代入数据算出让学生用不同的公式计算速度。代入数据算出速度为速度为7.9km/s。这个速度称为第一宇宙速。这个速度称为第一宇宙速度度,也称为环绕速度。也称为环绕速度。 2323222TRTrRvmmgRvmRm卫地月月地地地地

36、地、MGn7.9km/s这个速度到底有多大，学生没有感这个速度到底有多大，学生没有感性认识，可以给学生举一些例子来说明。比性认识，可以给学生举一些例子来说明。比如：在高速公路上乘过车的同学可以推算，如：在高速公路上乘过车的同学可以推算，高速公路上最高限速为高速公路上最高限速为120km/h，换算成，换算成33.3m/s，第一宇宙速度将近是它的，第一宇宙速度将近是它的240倍；倍；农村学生如果家离学校较远，可以推算以第农村学生如果家离学校较远，可以推算以第一宇宙速度从家到校只需几秒一宇宙速度从家到校只需几秒。通过这。通过这些例子，让学生体会第一宇宙速度的些例子，让学生体会第一宇宙速度的“快快”，

37、体会现代科学技术的伟大。体会现代科学技术的伟大。 n4如果物体发射的速如果物体发射的速度更大，第二宇宙速度度更大，第二宇宙速度v2 =11.2km/s时，物时，物体将能够摆脱地球引力体将能够摆脱地球引力束缚，束缚，v3= 16.7km/s这个速度称为第三宇宙这个速度称为第三宇宙速度，物体将能够摆脱速度，物体将能够摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳引力的束缚，飞到太阳系外。太阳系外。n5迷你实验：要求学生体会：用手拉着迷你实验：要求学生体会：用手拉着绳子的一端，让小球旋转时，手有什么绳子的一端，让小球旋转时，手有什么感觉。当旋转很快时，小球会挣断绳子感觉。当旋转很快时，小球会挣断绳子飞出去，想想这是为

38、什么。用一根更细飞出去，想想这是为什么。用一根更细的绳子，小球更容易挣脱，这又是为什的绳子，小球更容易挣脱，这又是为什么？引导学生理解这是因为绳子的拉力么？引导学生理解这是因为绳子的拉力不足以提供小球做圆周运动的向心力，不足以提供小球做圆周运动的向心力，所以出现了离心现象。所以出现了离心现象。n6讨论与交流：由讨论与交流：由“阿波阿波罗罗”登月往返航线引发的思登月往返航线引发的思考。可以让学生在课堂各抒考。可以让学生在课堂各抒己见，教师对学生的各种思己见，教师对学生的各种思考给予分析评价，如果出现考给予分析评价，如果出现不能解决的问题，可以作为不能解决的问题，可以作为学生课后研究性学习的一个学

39、生课后研究性学习的一个课题。课题。 7.探究运行速率与半径的关系探究运行速率与半径的关系 n预测：学生的回答有两种可能：预测：学生的回答有两种可能：n教师引导当教师引导当r改变，改变，g、v会变，不能得到会变，不能得到v与与 r的关的关系系n只能认为只能认为 n得出卫星的运行速度与其本身质量无关，与其轨道得出卫星的运行速度与其本身质量无关，与其轨道半径的平方根成反比。这是一个非常有用的结论。半径的平方根成反比。这是一个非常有用的结论。rrGMv1rgrvrrGMv1（三）预测未知天体（三）预测未知天体 n可以让学生阅读课文，回答老师提出问题：可以让学生阅读课文，回答老师提出问题：n（1）用万有

40、引力定律发现了哪些行星？）用万有引力定律发现了哪些行星？n（2）人们是怎样应用万有引力定律来发现）人们是怎样应用万有引力定律来发现未知天体的？引导学生得出用万有引力定律未知天体的？引导学生得出用万有引力定律发现了海王星，冥王星。发现了海王星，冥王星。n人们在长期的观察中发现天王星的运行轨道与用万人们在长期的观察中发现天王星的运行轨道与用万有引力定律计算出的有较大的偏差。于是，有人推有引力定律计算出的有较大的偏差。于是，有人推测，在天王星的轨道外侧可能还有一颗行星，它对测，在天王星的轨道外侧可能还有一颗行星，它对天王星的引力使天王星的轨道发生偏离。而且人们天王星的引力使天王星的轨道发生偏离。而且

41、人们计算出这颗行星的可能轨道，并且在计算出的位置计算出这颗行星的可能轨道，并且在计算出的位置终于观测到了这颗新的行星，将它命名为海王星。终于观测到了这颗新的行星，将它命名为海王星。n再后，又发现海王星的轨道也与计算值有偏差，人再后，又发现海王星的轨道也与计算值有偏差，人们进一步推测，海王星轨道外侧还有一颗行星，于们进一步推测，海王星轨道外侧还有一颗行星，于是用同样的方法发现了冥王星。可见万有引力定律是用同样的方法发现了冥王星。可见万有引力定律在天文学中的应用价值。在天文学中的应用价值。三、案例心得三、案例心得 n本节课教学设计在利用万有引力定律推本节课教学设计在利用万有引力定律推导第一宇宙速度

42、和运行速率与半径的关导第一宇宙速度和运行速率与半径的关系，教师要注重创设问题情景，激发学系，教师要注重创设问题情景，激发学生的探究热情，根据学生的认知发展，生的探究热情，根据学生的认知发展，有步骤的提出几个问题，使学生在自己有步骤的提出几个问题，使学生在自己的独立思考和交流过程中，不断的发展的独立思考和交流过程中，不断的发展自己的观点，经历了学习过程的体验。自己的观点，经历了学习过程的体验。n迷你实验室：由迷你实验室：由“阿波罗阿波罗”登月往返航登月往返航线引发的讨论中，给了学生动手的机会，线引发的讨论中，给了学生动手的机会，培养学生利用互联网收集、处理信息的培养学生利用互联网收集、处理信息的

43、能力。能力。专题专题 应用万有引力定律分析天体应用万有引力定律分析天体运动运动 rfmrTmrmrvmmamgrMmG22222)2()2(向空表mgRMmG2基本方法：基本方法：在空中在空中(r=R+h)：在地表（在地表（rR）：）：（黄金代換式）（黄金代換式）卫星mMmg表表RroF引引mg表表mMo卫星mr某天体MROmg空空（不考虑天体自转影响）)1MG(1222rrgar空向31r3r1、中心天体质量、中心天体质量M一定，当一定，当r增大时，增大时，a向向g空空、v、w、f均减小，只有均减小，只有T增大。增大。注意以下问题的分析：注意以下问题的分析：r1注：注：物体随地球自转的物体随

44、地球自转的a向向1w2 rr，其中，其中r= R cos221rrMG2212MmGMmG向向，maRmaNR卫星绕地球运动的卫星绕地球运动的a向向2赤道上的物体随地球自转的赤道上的物体随地球自转的a向向1比近地卫星绕地球比近地卫星绕地球运动的运动的a向向2要小得多要小得多,这是因为：这是因为：其中其中r为为m到地心的距离到地心的距离。2、求中心天体质量、密度：、求中心天体质量、密度：n方法一：方法一：n即先要观测出该天体周围的某颗卫星的轨道即先要观测出该天体周围的某颗卫星的轨道半径半径r和运转周期和运转周期T。n方法二：在星球表面：方法二：在星球表面：n即先要观测出该天体的即先要观测出该天体

45、的g表表和自身半径和自身半径R就可就可求出天体质量。求出天体质量。232224)2(GTrMrTmrMmGGRgMmgRMmG22表表平均密度平均密度32332323344RGTrRGTrVM若卫星紧贴地表运行：若卫星紧贴地表运行： ，即只要测出其近地卫星的周期即只要测出其近地卫星的周期T，就可求，就可求出该天体的平均密度。出该天体的平均密度。23,GTRr3、宇宙速度：、宇宙速度： n注：注：人造卫星的发射分三个阶段：人造卫星的发射分三个阶段：n发射阶段：处于超重状态；漂移阶段；发射阶段：处于超重状态；漂移阶段；运行阶段：处于完全失重状态。运行阶段：处于完全失重状态。n环绕速度与发射速度：当

46、环绕速度与发射速度：当r增大时，增大时， v环绕环绕减小，而减小，而v发射发射增大。增大。nv1是最小的发射速度，同时也是最是最小的发射速度，同时也是最大的环绕速度，且这时环绕周期大的环绕速度，且这时环绕周期 skmRGMMG/9 . 7104 . 68 . 9gRvRvmmgRvmRm6121212地地地地地地地地、分钟秒8 .849 . 76400221minvRTT4、地球同步卫星：、地球同步卫星：n其特点有其特点有“五定五定”，即：，即：n定周期：定周期：T=24小时小时n定轨道平面：均在赤道平面定轨道平面：均在赤道平面内（否则不会与地球同步）内（否则不会与地球同步）n定高度：定高度：

47、n地球半径地球半径R和运转周期和运转周期T恒定恒定,故同步卫星轨道半径故同步卫星轨道半径r恒定恒定.Rhrom同步卫星w地球MrTmrMmG22)2(表gmRmMG2kmTgRr43222102 . 44n定速度：定速度： n ，同步卫星的轨道半径同步卫星的轨道半径r和运转周期和运转周期T恒定，故恒定，故其运转的其运转的r、w也恒定。也恒定。n定点：每颗同步卫星都定点在世界卫星组织定点：每颗同步卫星都定点在世界卫星组织规定的位置上。规定的位置上。sradTskmTrv51026. 72,1 . 32接受学习要与科学探究相结合接受学习要与科学探究相结合案例：万有引力是怎样提出来的？案例：万有引力

48、是怎样提出来的？万有引力定律发现的三个阶段万有引力定律发现的三个阶段n思想孕育阶段：万有引力的提出；思想孕育阶段：万有引力的提出；n定律推演阶段：万有引力定律的推导；定律推演阶段：万有引力定律的推导；n事实与实验验证阶段；事实与实验验证阶段；万有引力的提出，序万有引力的提出，序n对行星运动问题了解得比较清楚之后，对行星运动问题了解得比较清楚之后，人们更深入地思考是什么原因使行星绕人们更深入地思考是什么原因使行星绕着太阳运转？着太阳运转？ n在开普勒时代有些人对此的回答是小天在开普勒时代有些人对此的回答是小天使在后面拍打翅膀，推动着行星沿轨道使在后面拍打翅膀，推动着行星沿轨道飞行。飞行。n而牛顿

49、为代表的一些科学家则意识到太而牛顿为代表的一些科学家则意识到太阳可能是支配行星运动的那些力的渊源。阳可能是支配行星运动的那些力的渊源。创造性思考的开端创造性思考的开端n牛顿牛顿22岁在剑桥大学取得学士学位后，岁在剑桥大学取得学士学位后，由于瘟疫流行，回到了自家的农场。由于瘟疫流行，回到了自家的农场。n在此后的在此后的18个月中，牛顿经过不断地思个月中，牛顿经过不断地思考和论证，奠定了万有引力理论的基础。考和论证，奠定了万有引力理论的基础。 牛顿在思考过程中得到的认识牛顿在思考过程中得到的认识n苹果下落和月球围绕地球旋转都来自于同一种苹果下落和月球围绕地球旋转都来自于同一种力，那就是地球的引力；

50、力，那就是地球的引力；n这种引力不只存在于地球和月球之间，还存在这种引力不只存在于地球和月球之间，还存在于太阳系中太阳与各行星之间以及行星与卫星于太阳系中太阳与各行星之间以及行星与卫星之间；之间；n这种引力不只限于天体，还存在于地球上的一这种引力不只限于天体，还存在于地球上的一切物体之间；切物体之间；n推而广之，宇宙间的每一对物体之间都存在这推而广之，宇宙间的每一对物体之间都存在这种引力的作用。种引力的作用。思考与交流思考与交流 ：n对于上述万有引力的概念，你有什么困对于上述万有引力的概念，你有什么困惑和看法？惑和看法？n苹果下落，为什么月球不落下？苹果下落，为什么月球不落下？n月球绕地旋转，

51、苹果也能绕地旋转吗？月球绕地旋转，苹果也能绕地旋转吗？n为什么我们没有察觉地球上物体之间有为什么我们没有察觉地球上物体之间有引力？引力？ 苹果与月球有共同之处吗？苹果与月球有共同之处吗？n牛顿对行星运动的研究工作首先是从研牛顿对行星运动的研究工作首先是从研究月球轨道开始的。究月球轨道开始的。n苹果和月球除了两者大致都是圆的以外，苹果和月球除了两者大致都是圆的以外，可能再也找不出它们相同之处，牛顿却可能再也找不出它们相同之处，牛顿却看到了它们的相同之处。看到了它们的相同之处。n下面让我们参照牛顿的研究思路来学习下面让我们参照牛顿的研究思路来学习万有引力的概念。万有引力的概念。 思考与交流：思考与

52、交流：月球为什么不会飞出去？月球为什么不会飞出去？下落苹果 地球的引力 谁说月球没有下落？谁说月球没有下落？n如图所示，当一个苹果落向地面的时候，它必如图所示，当一个苹果落向地面的时候，它必定受到地球对它的拉力作用，苹果的速度和加定受到地球对它的拉力作用，苹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。速度的方向以及地球的引力方向，都指向地心。 n月球是绕地球做圆周运动的，它的速度方向环月球是绕地球做圆周运动的，它的速度方向环绕地球而不是指向地心。由牛顿第一定律，如绕地球而不是指向地心。由牛顿第一定律，如果月球没有受到任何力的作用，它就保持匀速果月球没有受到任何力的作用，它就保持匀速直

53、线运动，也就是说，月球将会飞出地球（图直线运动，也就是说，月球将会飞出地球（图中由中由A向向B运动）。而实际上月球却是沿圆周运动）。而实际上月球却是沿圆周运动到运动到C点。使月球偏离直线运动，必须有一点。使月球偏离直线运动，必须有一个指向地心的力作用于它，牛顿假设这个力与个指向地心的力作用于它，牛顿假设这个力与拉苹果向下的力的来源相同，就是地球的引力。拉苹果向下的力的来源相同，就是地球的引力。 名人名言名人名言n当每个人都认为月亮不往下掉的时候，当每个人都认为月亮不往下掉的时候，只有牛顿这样的人才看到月亮正在往下只有牛顿这样的人才看到月亮正在往下掉。掉。n 瓦莱里（瓦莱里（1871-1945）

54、，法国诗），法国诗人和哲学家人和哲学家思考与交流思考与交流 ：n苹果也可以不落向地面吗？苹果也可以不落向地面吗？ 牛顿的又一论证牛顿的又一论证n牛顿还从另一角度进行了论证：如牛顿还从另一角度进行了论证：如果我们水平地抛出一个物体，由于果我们水平地抛出一个物体，由于受地球引力的作用，它将沿弯曲的受地球引力的作用，它将沿弯曲的路径落向地面。路径落向地面。n如果抛出的速度越大，则它绕过地如果抛出的速度越大，则它绕过地球表面的落点越远。可以想象，抛球表面的落点越远。可以想象，抛出的速度大到一定程度，物体就会出的速度大到一定程度，物体就会进入地球轨道而不落下。进入地球轨道而不落下。n正是由于这样的原因，

55、月球虽受地正是由于这样的原因，月球虽受地球的引力而不落到地球上。球的引力而不落到地球上。 从苹果、月球与地球到天体的推广从苹果、月球与地球到天体的推广n牛顿还作出了更具有普遍性的思考。牛顿还作出了更具有普遍性的思考。n正像月球绕着地球转动一样，行星绕着正像月球绕着地球转动一样，行星绕着太阳转动，太阳对每一个行星都有引力太阳转动，太阳对每一个行星都有引力的作用。的作用。n根据牛顿第三定律，每一个行星也对太根据牛顿第三定律，每一个行星也对太阳产生引力的作用。任意两个天体之间阳产生引力的作用。任意两个天体之间都有引力的作用。都有引力的作用。 进一步的推广进一步的推广n引力不只限于天体之间。地球上的任

56、意引力不只限于天体之间。地球上的任意两个物体之间也存在引力的作用，不过两个物体之间也存在引力的作用，不过物体之间的引力很小罢了，使你感觉不物体之间的引力很小罢了，使你感觉不到这个力的存在。到这个力的存在。n因此牛顿指出，引力是普遍（万有）存因此牛顿指出，引力是普遍（万有）存在的力在的力每个物体都吸引任何其他的每个物体都吸引任何其他的物体。物体。n这就是牛顿引力理论的中心思想。这就是牛顿引力理论的中心思想。 名人名言名人名言n在地球上摘朵花，你就移动了最远的星在地球上摘朵花，你就移动了最远的星球！球！n 狄拉克狄拉克天才的智力苦斗天才的智力苦斗n不要认为万有引力定律只是数学天才的逻辑演不要认为万

57、有引力定律只是数学天才的逻辑演绎结果。正如爱因斯坦所言：绎结果。正如爱因斯坦所言：n“只有通过那种以对经验的共鸣的理解为依据只有通过那种以对经验的共鸣的理解为依据的直觉，才能得到这些定律。的直觉，才能得到这些定律。” n“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象（力）概括着世界上的一切，推动着进而想象（力）概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。严格地说，想象步，并且是知识进化的源泉。严格地说，想象（力）是科学研究中的实在因素。（力）是科学研究中的实在因素。” 第第6章章 相对论与量子论初步相对论与量子论初步n课程标准及解读：课程标准及解

58、读：n（1）初步了解经典时空观和相对）初步了解经典时空观和相对论时空观，知道相对论对人类认论时空观，知道相对论对人类认识世界的影响。识世界的影响。n在共同必修模块中引入经典时空观与相对论时空在共同必修模块中引入经典时空观与相对论时空观的比较，旨在为学生开启了解近代物理的一些观的比较，旨在为学生开启了解近代物理的一些窗户，让学生了解近代物理的一些核心内容，同窗户，让学生了解近代物理的一些核心内容，同时也让学生了解经典物理的一些局限性。时也让学生了解经典物理的一些局限性。n爱因斯坦的相对论是近代物理的支柱之一，学生爱因斯坦的相对论是近代物理的支柱之一，学生应该了解相对论时空观的主要思想，了解相对论

59、应该了解相对论时空观的主要思想，了解相对论对人类认识世界的影响。本条目体现了经典物理对人类认识世界的影响。本条目体现了经典物理与近代物理的结合。与近代物理的结合。n（2）初步了解微观世界中的量子化）初步了解微观世界中的量子化现象，知道宏观物体和微观粒子的现象，知道宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子论的建立能量变化特点，体会量子论的建立深化了人类对于物质世界的认识。深化了人类对于物质世界的认识。 n在共同必修中引入量子论的一些思想，这在共同必修中引入量子论的一些思想，这有利于学生了解与宏观世界有区别的微观有利于学生了解与宏观世界有区别的微观世界，了解近代物理的另一支柱世界，了解近代物理的

60、另一支柱微观微观世界的量子论。世界的量子论。n本条目要求学生初步了解微观世界的量子本条目要求学生初步了解微观世界的量子化现象，知道微观世界的能量变化与宏观化现象，知道微观世界的能量变化与宏观世界的能量变化不同，即不是连续的，而世界的能量变化不同，即不是连续的，而是量子化的。体会量子论的建立是如何促是量子化的。体会量子论的建立是如何促进人们认识物质世界的。本条目也体现了进人们认识物质世界的。本条目也体现了经典物理与近代物理的结合。经典物理与近代物理的结合。编者编写意图：编者编写意图：n初步了解经典时空观和相对论时空观的区别，知初步了解经典时空观和相对论时空观的区别，知道相对论对人类认识世界的影响