《第02节万有引力定律的应用》优质课教案下载

《第02节万有引力定律的应用》优质课教案下载

（二）教材分析

本章《万有引力定律及其应用》从知识结构上看，是应用牛顿运动定律对曲线运动的研究。牛顿运用其运动定律研究天体运动并结合开普勒定律建立了伟大的万有引力定律，牛顿运动定律和万有引力定律构成了牛顿力学的核心内容。人类对行星运动规律的认识过程和牛顿建立万有引力定律的过程是发展学生 “科学思维”“科学态度与责任”的好机会。本章教材首先详细地介绍了托勒密的地心说、哥白尼的日心说、第谷·布拉赫的观测和开普勒行星运动定律，形象、生动地体现了坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度、科学精神和科学思维方法。把行星运动轨道简化为圆周运动，应用牛顿运动定律和开普勒行星运动定律导出太阳与行星间的引力 EMBED Equation.DSMT4 。阐述牛顿进一步放眼宇宙建立了适用于自然界中任何两个物体间的万有引力定律，分析说明万有引力定律和引力常量的意义。教材接着讲述万有引力定律对天体运动的研究和在宇宙航行上的应用。最后，概括阐述了经典力学(牛顿力学)的局限性，指出只适用于低速、宏观、引力的情况。本章内容充分展现万有引力定律发现的科学过程，发展学生的科学思维能力，万有引力定律的发现过程犹如一部壮丽的科学史诗，歌颂了科学家们的科学精神，也展现了科学发展过程中科学家们富有创造而又严谨的科学思维，对于发展学生思维能力具有重要作用。

《万有引力定律的应用-宇宙航行》属于航天部分的重要知识，介绍万有引力的实践性成就，要求学生知道是万有引力理论使人类实现“飞天”梦想；重点理解第一宇宙速度，激发学生科学献身精神。本节知识内容的核心是牛顿运动定律与万有引力定律在圆周运动条件下的综合应用。

(1)宇宙速度

教科书首先对宇宙航行进行理论上的分析，尊重历史上牛顿的设想，从已知的平抛运动开始。当平抛物体的初速度很大时，运动区域就不能简单地视为平面，而是球面的一部分，如图6.5-1所示。如果速度足够大，物体就不再落回地面，成为一颗人造地球卫星，以此引导学生计算这个速度有多大，得出第一宇宙速度的表达式 EMBED Equation.DSMT4 。若地球质量未知，而知道地球表面处的重力加速度，能否求得第一宇宙速度? 引导学生应用上一节知识 EMBED Equation.DSMT4 具体计算，得出第一宇宙速度 EMBED Equation.DSMT4 。

(2)航天成就

结合前面的理论分析，引导学生对于实例中的卫星进行一些定量的计算，比如“1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星在苏联发射成功。卫星重83.6kg,每96min绕地球飞行一圈。”可以计算这颗卫星的轨道半径是多少？卫星距地面的高度是多少？卫星运行的角速度多大？这样，既巩固了匀速圆周运动知识在人造卫星问题方面的实际运用，还增加学生对于这类问题的兴趣。在“问题与练习”中，针对2003年我国成功发射的“神舟五号”宇宙飞船同样有类似的计算。补充的2005年10月12日发射的“神舟六号”载人飞船的相关史实和运算，可以提升的民族自豪感，进行爱国主义教育。本节内容，除了介绍航天成就外，还谈到了人类为此付出的代价。全文最后以“一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜”激励学生进行科学探究的志趣。航天成就的教育价值在于激发学生对于科学的献身精神，树立正确的科学态度与责任。

(3)知识拓展

教科书中，介绍了黑洞概念的起源、人们对它的种种推测、几代科学家对于黑洞的理论研究以及黑洞的最新研究和观测结果，并明确指出在黑洞问题上经典力学不适用。给学生打开了一扇窗口，引导学生向窗外的世界望一望，开阔眼界，启迪思维，加深对本章知识的理解。当代著名宇宙学家霍金自问道：“为什么人们要研究黑洞呢?因为它就在那里。”这些都是科学大师对科学不懈追求的动力的解释，是他们朴实的科学价值观的体现，对学生科学态度与责任的形成起到一定的作用。

教科书在着重给学生展示航天事业与人类生活的关系。使学生认识到航天事业虽然是一项高精尖的事业，但它正在改变着我们的日常生活，与我们的生活息息相关。例如：卫星导航，卫星电话、卫星转播、卫星云图等等。

本节的宇宙速度只是按照运动规律给出第一宇宙速度，第二宇宙速度与第三宇宙速度需要学习完功与能量之后才能进行推导。另外，天体运动模型对于原子的核式结构学习具有对比意义；有利于培养学生的知识迁移能力。

二、学习情况分析

（一）学生已有知识储备

学生在前面陆续学习了《直线运动》、《曲线运动》。特别是在“圆周运动”中学习了描述圆周运动的基本概念：线速度、角速度、周期、转速、向心加速度和向心力等基本概念。学习了用圆锥摆粗略验证向心力公式，分析研究学习了火车拐弯、汽车拐弯、水流星、过山车等生活中的圆周运动，对圆周运动的动力学方程有了初步的理解和掌握。

学生在生活中体验过圆周运动现象，例如绝大部分同学都体验过游乐园中的 “过山车”、“海盗船”、“旋转魔盘”等，基本观察过洗衣机的脱水甩干过程，对于离心运动与向心运动根据自身体验容易接受和理解。学生生活中经常听说航天事件的新闻报道，娱乐电影也经常涉及航天类题材，比如《星际穿越》《流浪地球》等。学生人手一部智能手机，对于卫星导航、卫星定位具有一定的认知和了解。

（二）学生预习成果

根据导学案的完成情况、前测题的测试结果和部分同学的访谈调查，发现学生的前期预习获得了如下成果：

1.知道第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度的含义和大小。

2.知道实际生活中人造地球卫星的很多用途。

3.能够推导第一宇宙速度表达式。

（三）学生预习暴露问题

1.分不清卫星发射速度与运行速度；

2.思想上接受不了椭圆轨道，认为都是圆轨道；

3.对于同步地球卫星认知较弱；

4.数据运算能力较差，不具备基本估算能力，例如无法计算第一宇宙速度；