_万有引力定律_的教材分析和教学策略

1、教材与教法万有引力定律的教材分析和教学策略赵!坚1!李志坚2(1.昆明市第十四中学,云南昆明!650106! 2.昆明市教育局教研室,云南昆明!6501061!教材分析本章作为圆周运动的一个应用实例,是对 第五章!曲线运动所涉及的基本概念和规律在理解和应用上的进一步加深.从教材编写要求和体系看,全章讲述了万有引力定律的发现及其在天体运动中的应用,其中万有引力定律的发现、发展过程和该定律的具体运用是本章的重点.本章教材的编写按这样的线索展开:开普勒对行星运动学规律的描述为万有引力定律的发现奠定了基础牛顿在前人研究的基础上发现了万有引力定律卡文迪许用实验较准确地测定了引力常量G,使得万有引力定律有

2、了更实际的应用利用万有引力及其有关的知识讨论天体和人造卫星的运动情况.教材这样的编写目的在于:#突出通过学习,使学生了解人们对天体运动认识的发展过程和牛顿发现万有引力定律的认识过程以及思考和研究问题的方法,以达到在学习知识的同时,培养学生分析问题的能力和初步了解科学研究的方法步骤;强调人类对天体运动的认识过程,万有引力定律的发现及其对人类认识的意义.本章内容学生常感到难理解,其原因在于本章所涉及描述天体做圆周运动的物理量间逻辑关系复杂,如向心力、万有引力、向心加速度、线速度、角速度、周期、轨道半径、机械能、动能、势能,这些概念间相互关系很抽象.由于新教材的部颁课时少,而按传统方式教学,本章往往

3、要花费较多时间.很难按时完成教学进度;另外,新教材内容丰富,形式多样,如何体现出新教材的特色,也是值得思考的问题.2!教学策略从%教学大纲&的安排看,本章划分为三个单元:第一单元!第一节,学习开普勒关于行星运动描述的有关知识;第二单元!第二节和第三节,学习万有引力定律的知识;第三单元!第四节至第六节,学习万有引力定律在天体运动中的有关知识.根据单元划分,本章至少要用6课时,但课堂知识容量较小,不利于体现本章教材编写的思想和风格,为此,建议本章仍采用6课时,将本章内容整理成3个专题进行教学.2.1!专题1!万有引力定律的发现本专题包含了教材的前三节内容,有条件的学校可借助多媒体手段以学术讲座的形

4、式进行,拟定2课时.教学中从地心说和日心说之争切入,以开普勒、牛顿和卡文迪许三人在天文学方面的杰出贡献为载体,介绍万有引力定律的发现过程.重点讲清牛顿发现万有引力定律所采用的 提出假设 演绎推理 验证结谈兵,很少会有什么价值.例如,要研究 在新课程视野下,物理教学评价体系的构建的问题,就要掌握教学评价的基本理论,学习多元智力理论,领会新课程倡导的教育评价主体多样化、评价方法多样化、以促进学生发展和教师成长的教育评价新理念,要从理论上分析传统教育的过于注重甄别与选拔为目的、以考试成绩为主要评价指标、手段单一的评价的弊端,这样才能有效地研究新课程教学评价的技术和方法,构建出量化评价和质性评价相结合

5、的教育评价新体系.总之,教师应当在物理教育研究中把握好理论与实践的关系:首先,物理教师应努力学习物理教育的理论,并运用物理教育理论去诊断物理教育实践,去发现物理教育中存在的问题,并分析和判别出哪些是需要研究的问题.其次,对教育现实问题的研究,要以教育理论为指导,制定出研究的方案,并在实践中实施.另外,对教育研究得出的结论,不仅要接受正确教育理论的分析,更重要的是还要接受教育实践的检验.参考文献:1!朱铁成.物理教育研究.杭州:浙江大学出版社,2002,8.2!冯忠良.结构化与定向化教学心理学原理.北京:北京师范大学出版社,1999,47.3!唐尼 凯利.教育的理论与实践引论.北京:科学出版社,

6、 1995,152.4!编写组.教育科学研究方法基础.上海:上海教育出版社, 1991,43.(收稿日期:2002-10-143第24卷第4期!物!理!教!师!Vol.24No.4 !2003年!PHYSICS TEACHER!(2003论 的科学方法,并注意引导学生领会.另外,卡文迪许实验是历史上非常著名和重要的实验,应注意引导学生了解和体会前人是如何巧妙地将物体间非常微小的力通过放大显现和测量出来的思想;关于引力常量G 可简单向学生说明精确测量其值的重要意义.2.2!专题2!万有引力定律的应用本专题包含了教材中第四、五两节的内容,因此要在强化学生解题思路的展开上下狠功夫,拟定2课时.从 万

7、有引力定律在天文学上的应用 到 人造卫星、宇宙速度 ,只需着重讲清应用万有引力定律解题的基本思路即可.有关三个宇宙速度的理解、同步卫星概念等,不宜过早深入,课堂上只需联系实例,从定性角度作些说明.完成本章教学考试以后,学生对本章知识有了一定的理解掌握,采取探索性学习的方式,以习题为载体对三个宇宙速度、同步卫星等概念进行适当的 补火 .实践表明,这样的做法效果较好.2.3!专题3!中国的航天本专题结合地理知识以教材的第六节作为拓展点,拟定2课时.介绍我国载人航天工程( 神舟 一号、二号、三号飞船和发射的各种卫星(附录参考资料;介绍人类对宇宙的研究,大爆炸理论、黑洞等概念,从而激发学生的学习兴趣和

8、对事物表示诧异的好奇心.可采取科普知识讲座的形式来进行,也可以组织让学生到图书馆查阅有关资料,开展研究性学习.3!附录:人造卫星的分类从1970年4月24日到2000年10月31日,我国发射了74个航天器,它们覆盖了地球所拥有的4种轨道.其中有国产的实验飞船1艘,国产的人造卫星47颗,外国制造的卫星26颗,现以47颗国产卫星为主,简要介绍一下它们的运行轨道.3.1!顺行轨道顺行轨道的特点是轨道倾角即轨道平面与地球赤道平面的夹角小于90(.在这种轨道上运行的卫星,绝大多数离地面较近,高度仅为数百千米,故又将其称为近地轨道.我国地处北半球,要把卫星送入这种轨道,运载火箭要朝东南方向发射,这样能够利

9、用地球自西向东自转的部分速度,从而可以节约火箭的能量.我国用长征一号、风暴一号两种运载火箭发射的8颗科学技术试验卫星,用长征二号、二号丙、二号丁3种运载火箭发射的17颗返回式遥感卫星以及用长征二号F 运载火箭发射的神舟号试验飞船,都是用顺行轨道.通过长征三号甲运载火箭发射的1颗北斗导航试验卫星也是采用顺行轨道.3.2!逆行轨道逆行轨道的特征是轨道倾角大于90(.欲把卫星送入这种轨道运行,运载火箭需要朝西南方向发射.此时不仅无法利用地球自转的部分速度,而且还要付出额外能量克服地球自转.因此,除了太阳同步轨道外,一般都不利用这类轨道.在太阳同步轨道上运行的卫星,可在相同的时间和光照条件下观察卫星云

10、层和地面目标.气象、资源、侦察等应用卫星大多采用这类轨道.我国用长征四号火箭发射的2颗风云一号气象卫星和2颗测量大气密度的地球卫星,用长征四号2火箭发射的1颗风云一号气象卫星、1颗中国和巴西合制的资源一号卫星、1颗中国资源二号卫星、1颗实践五号科学试验卫星,都采用这种轨道.3.3!赤道轨道赤道轨道的特点是轨道倾角为0(,卫星在赤道上空运行.这种轨道有无数条,但其中的一条地球静止轨道具有特殊的重要地位.由于卫星飞行速度随距地面的高度而变,轨道越高,速度越小,环绕周期越长.由计算可知,卫星在赤道上空35786k m 高的圆形轨道上由西向东运行1周的时间,恰好是23h 56min 4s,正与地球自转

11、一周的时间相同,这条轨道就被称为地球静止轨道.因为卫星环绕周期等于地球自转周期,两者方向又一致,故相互之间保持相对静止.从地面上看,卫星犹如固定在赤道上空某一点,在静止轨道上均匀分布3颗通信卫星即可进行全球通信的科学设想早已变为现实.世界上主要的通信卫星都分布在这条轨道上.有的气象卫星、预警卫星也被送入静止轨道.我国用长征三号火箭先后发射了1颗试验卫星、5颗东方红二号系列通信卫星、2颗风云二号气象卫星、用长征三号甲火箭发射了1颗实践四号探测卫星、2颗东方红三号通信卫星、1颗中星22号通信卫星,这些卫星中有10颗进入静止轨道预定位置.发射这类卫星,星上要携带远地点发动机,运载火箭把卫星送入大椭圆同步转移轨道后,地面再发出指令,让星上远地点发动机点火,将卫星移入静止轨道.3.4!极地轨道轨道倾角为90(,轨道平面通过地球南北两极