第七章 萬(wàn)有引力與宇宙航行 教案- 高一年級(jí)下冊(cè)物理人教版（2019）必修第二冊(cè)

《第七章萬(wàn)有引力與宇宙航行》教案

學(xué)情分析

最近幾十年中國(guó)航天事業(yè)高速發(fā)展，創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)世界奇跡，讓國(guó)人自豪,

讓民族驕傲。從1970年中國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星東方紅一號(hào)發(fā)射成功，到2019

年長(zhǎng)征五號(hào)重型火箭再一次發(fā)射成功，中國(guó)人正一步一步奔向太空，各項(xiàng)航天工

程有序推進(jìn)。學(xué)生通過(guò)各種媒體耳熟能詳，神舟載人飛船、嫦娥探月工程、天空

實(shí)驗(yàn)室、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星……這一系列輝煌成就都已載入

中國(guó)航天史冊(cè)，為本章的學(xué)習(xí)鋪墊好了家國(guó)情懷的情感基礎(chǔ)，增強(qiáng)了學(xué)生的責(zé)任

感和國(guó)家認(rèn)同感，每一節(jié)的學(xué)習(xí)都為學(xué)生打開了一扇通往太空的大門，學(xué)生懷揣

著對(duì)地球之外的宇宙世界無(wú)與倫比的期待，開啟本章的學(xué)習(xí)。

一、認(rèn)知基礎(chǔ)

高中之前，學(xué)生知道一些地心說(shuō)、日心說(shuō)等相關(guān)史實(shí)，對(duì)一些偉大的物理學(xué)

家也有些了解，像牛頓、開普勒等，包括牛頓與蘋果樹的故事。

在本章之前，學(xué)生在必修1中學(xué)習(xí)過(guò)自由落體加速度g,知道自由落體加速

度也叫重力加速度，海拔高度越高g越小，地球表面不同緯度g略有差異。但

是，學(xué)生并不知道自由落體加速度為什么不是定值，且有進(jìn)一步探究的愿望。通

過(guò)對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以測(cè)定自由落體加速度，這為"地一月檢驗(yàn)"

和"稱量”地球質(zhì)量的學(xué)習(xí)奠定好了基礎(chǔ)。學(xué)生對(duì)重力有了一定的了解，知道重

力的方向是豎直向下，但是卻不清楚為什么重力的方向不指向地心。在正確的認(rèn)

知下，學(xué)生帶著一些疑問(wèn)急需通過(guò)這一章的學(xué)習(xí)去解決。

在本章之前，學(xué)生在必修2中已經(jīng)學(xué)會(huì)了如何描述圓周運(yùn)動(dòng)，建立起了一些

基本物理概念，例如：線速度、角速度、周期、向心加速度、向心力等，掌握了

圓周運(yùn)動(dòng)向心力表達(dá)式以及勻速圓周運(yùn)動(dòng)的方法，具備了推導(dǎo)太陽(yáng)與行星間引力

的知識(shí)基礎(chǔ)。學(xué)生對(duì)離心運(yùn)動(dòng)和近心運(yùn)動(dòng)及產(chǎn)生條件有了一定的認(rèn)識(shí)，為研究人

造地球衛(wèi)星的多次變軌后達(dá)到預(yù)定軌道做好了知識(shí)儲(chǔ)備。本章在分析雙星問(wèn)題

時(shí)，結(jié)合花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員在冰面上手拉手勻速圓周運(yùn)動(dòng)，學(xué)生能進(jìn)一步加深對(duì)向

心力表達(dá)式中半徑r的理解。在生活中的圓周運(yùn)動(dòng)部分，通過(guò)學(xué)習(xí)汽車過(guò)拱形橋

的失重現(xiàn)象，將地球看作一個(gè)巨大拱形橋，介紹了航天器中失重現(xiàn)象。但是，學(xué)

生對(duì)航天器中失重現(xiàn)象為什么是完全失重，也只是初步認(rèn)識(shí)，需要本章進(jìn)一步學(xué)

習(xí)，深化理解，提升認(rèn)知。

學(xué)生在高中地理《宇宙中的地球》一章中，學(xué)習(xí)了"地球?yàn)槭裁磿?huì)存在生命"o

從地理學(xué)科的角度分析了存在生命的外部條件是安全和穩(wěn)定，安全是指太陽(yáng)系中

八大行星"各行其道"，軌道具有共面性、近圓性、同向性；存在生命的內(nèi)部條

件是日地距離適中、自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)周期適中、質(zhì)量和體積適中。地理中這部分內(nèi)容

與開普勒第一定律、高中階段行星軌道按照?qǐng)A軌道近似處理、赤道處的臨界問(wèn)題

等存在交叉融合，能促進(jìn)學(xué)生理解本章內(nèi)容。

2012年神舟九號(hào)和天宮一號(hào)交會(huì)對(duì)接，宇航員劉洋做了幾個(gè)演示實(shí)驗(yàn)：動(dòng)

力學(xué)方法測(cè)質(zhì)量、單擺運(yùn)動(dòng)、水膜水球的演示，這些實(shí)驗(yàn)學(xué)生有些能理解，有些

還不清楚；長(zhǎng)征五號(hào)重型火箭，學(xué)生知道它的運(yùn)載能力大，卻并不知道發(fā)射人造

地球衛(wèi)星、火星探測(cè)器等需要多大的發(fā)射速度，這些都需要學(xué)習(xí)本章內(nèi)容來(lái)理解。

二、認(rèn)知特點(diǎn)

高中學(xué)習(xí)內(nèi)容與初中相比有一些新特點(diǎn)，例如，知識(shí)容量大，學(xué)科內(nèi)容深,

綜合性、邏輯性、系統(tǒng)性較強(qiáng)，定理和定律更加抽象，對(duì)學(xué)生記憶理解、歸納總

結(jié)、演算推理、空間想象等能力要求較高。例如，勻變速直線運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、

圓周運(yùn)動(dòng)，都是學(xué)生生活中常見的運(yùn)動(dòng)，而天體的運(yùn)動(dòng)，雖然學(xué)生在電視等媒體

上看到過(guò)衛(wèi)星的發(fā)射、看到過(guò)動(dòng)畫演示衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)，但是本部分內(nèi)容仍需要學(xué)生

有較強(qiáng)的空間想象能力，仍然是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。

必修1中一直研究直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)與相互作用的關(guān)系在學(xué)生腦海根深蒂固，

雖然必修2中前兩章拋體運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)已經(jīng)將直線運(yùn)動(dòng)跨越到曲線運(yùn)動(dòng)，已經(jīng)

明確了曲線運(yùn)動(dòng)與相互作用的關(guān)系，但是研究從日常生活中常見的宏觀物體過(guò)渡

到宇宙天體還是有一些障礙的。學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程中，需要繼續(xù)提高觀察能力、

理解能力和分析綜合能力，提高獨(dú)立學(xué)習(xí)能力，在知識(shí)建構(gòu)的過(guò)程中，提高認(rèn)知

水平。

1,高一學(xué)生具有較強(qiáng)的觀察力和一定的理解力。觀察力已經(jīng)非常接近成人

的水平，觀察的目的性更明確，持久性更強(qiáng)，視覺和聽覺的感受性甚至超過(guò)了成

人。以科學(xué)漫步”人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)"學(xué)習(xí)為例，學(xué)生能概括總結(jié)出每

一位科學(xué)家的主要觀點(diǎn)，能知道"行星逆行""本輪""均輪""偏心點(diǎn)""偏

心等距點(diǎn)”等概念，但是學(xué)生不理解這些概念，以及這些晦澀難懂的概念是如何

促進(jìn)開普勒得出正確的行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律。包括理解"8,的誤差也許正是因?yàn)樾行堑?/p>

運(yùn)動(dòng)并非勻速圓周運(yùn)動(dòng)"，認(rèn)知水平不同的學(xué)生不一定都能想到這是因?yàn)樾行擒?/p>

道是橢圓而非圓。抽象概念的理解、觀察的深刻性還有待在學(xué)習(xí)中提高，這些決

定了學(xué)生如何"水到渠成"般的理解開普勒得出行星運(yùn)動(dòng)定律的過(guò)程，加深對(duì)行

星運(yùn)動(dòng)定律內(nèi)容的理解，降低學(xué)習(xí)的難度。

2.高一學(xué)生記憶的目的性、計(jì)劃性較強(qiáng)，有意記憶占主導(dǎo)地位。但無(wú)意識(shí)

的記憶仍是不可缺少的，許多東西是通過(guò)教學(xué)活動(dòng)無(wú)意識(shí)記，在輕松愉快中獲得

的。例如，觀看電影《流浪地球》《地心引力》后，高中學(xué)生很快會(huì)提取衛(wèi)星變

軌、空間站交會(huì)對(duì)接等知識(shí)的應(yīng)用。教學(xué)中適合的分組活動(dòng)，能讓學(xué)生參與進(jìn)來(lái),

促進(jìn)知識(shí)的形成，豐富學(xué)科認(rèn)知。例如：通過(guò)繪制焦點(diǎn)距離不同的橢圓并與圓的

對(duì)比，通過(guò)驗(yàn)證開普勒第三定律，通過(guò)月一地檢驗(yàn)，通過(guò)月球計(jì)算地球質(zhì)量，這

些能讓學(xué)生體會(huì)到獲得真知的愉悅，在提高思維深度的同時(shí)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生去不斷探

索，慢慢從被動(dòng)學(xué)習(xí)、感覺記憶、短時(shí)記憶，變主動(dòng)學(xué)習(xí)、理解記憶、長(zhǎng)時(shí)時(shí)間。

學(xué)習(xí)目標(biāo)與重難點(diǎn)分析

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知道引力常量是自然界中少數(shù)幾個(gè)最重要的物理常量之一，目前推薦的

標(biāo)準(zhǔn)值為6=6.67408(31)X10-11Nm2kgi知道引力常量的普適性是萬(wàn)有引力定

律正確性的有力證據(jù)。

掌握第一宇宙速度的推導(dǎo)和三個(gè)宇宙速度的定義。

掌握開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律的具體內(nèi)容，會(huì)根據(jù)定律解決具體

實(shí)際問(wèn)題。知道高中階段行星橢圓軌道近似為圓軌道處理，萬(wàn)有引力提供行星圓

周運(yùn)動(dòng)向心力，掌握行星繞中心天體勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物理模型。

掌握人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，知道近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的特點(diǎn)。知道萬(wàn)有

引力提供人造地球衛(wèi)星勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。

2.在人類探索行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律歷史中，了解科學(xué)家是如何從最基本的概念開

始，憑借對(duì)自然現(xiàn)象的觀測(cè)，物理模型的構(gòu)建，物理理論與客觀事實(shí)之間的相互

支撐，不斷地自我修正原有概念和模型，逐漸接近客觀事實(shí)，獲得物理本質(zhì)規(guī)律

的科學(xué)思維方法。

在推導(dǎo)行星與太陽(yáng)間引力表達(dá)式的過(guò)程中，太陽(yáng)吸引行星，同時(shí)行星也在吸

引太陽(yáng)，太陽(yáng)與行星二者地位相同，應(yīng)遵守相同的規(guī)律，體會(huì)牛頓第三定律和對(duì)

稱性這種科學(xué)思維方法的應(yīng)用。

掌握根據(jù)地球表面重力加速度"稱量"地球質(zhì)量，以及借助衛(wèi)星等環(huán)繞天體

的運(yùn)行參數(shù)計(jì)算天體質(zhì)量的這兩種科學(xué)方法。

3.通過(guò)卡文迪什扭秤實(shí)驗(yàn)，掌握放大微小物理量的科學(xué)方法，體會(huì)如何通

過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)探究的過(guò)程。

通過(guò)月一地檢驗(yàn)，理解地面物體所受地球的引力、月球所受地球的引力，以

及太陽(yáng)、行星間的引力，都遵從相同的物理規(guī)律，體會(huì)如何通過(guò)理論驗(yàn)證進(jìn)行科

學(xué)探究的過(guò)程。

4.體會(huì)科學(xué)家們實(shí)事求是、尊重客觀事實(shí)、不迷信權(quán)威、敢于堅(jiān)持真理和

勇于探索的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。培養(yǎng)學(xué)生大膽猜想、嚴(yán)格求證、實(shí)證與推理相

結(jié)合的科學(xué)態(tài)度。

通過(guò)對(duì)相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)局限性的學(xué)習(xí)，知道新的理論并沒(méi)有否認(rèn)以

實(shí)驗(yàn)為支撐的原有理論，原有理論是一定條件下新理論體系中的特殊情形，科學(xué)

仍然要以事實(shí)為依據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生崇尚科學(xué)、尊重事實(shí)的科學(xué)態(tài)度。

學(xué)生通過(guò)課上分享中國(guó)的航天成就，感受中國(guó)航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展，提升對(duì)

國(guó)家強(qiáng)大與民族復(fù)興的時(shí)代責(zé)任感。

二、重難點(diǎn)分析及突破策略

1.行星的運(yùn)動(dòng)

《行星的運(yùn)動(dòng)》在本章教學(xué)中起著引領(lǐng)作用，也為本章萬(wàn)有引力定律的學(xué)習(xí)

起一個(gè)鋪墊性的作用。本部分的突出特點(diǎn)是：知識(shí)容量較少，包含的科學(xué)史料十

分豐富，開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的內(nèi)容和物理意義比較難理解。教學(xué)的目標(biāo)立足在

讓學(xué)生感悟科學(xué)家求真、求簡(jiǎn)的科學(xué)思想方法和科學(xué)精神的教育。學(xué)生對(duì)科學(xué)家

的事例可能略知一二，但對(duì)科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明、創(chuàng)造內(nèi)容的了解還不夠系統(tǒng)和

準(zhǔn)確。所以，通過(guò)史料探究得出并理解開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律被確定為本章的重點(diǎn)。

結(jié)合教學(xué)內(nèi)容分析和學(xué)情分析，可以采用上課前為學(xué)生布置一些學(xué)習(xí)任務(wù)，

學(xué)生先看教材學(xué)習(xí)后，教師再總結(jié)的方法。例如，先閱讀教材科學(xué)漫步”人類對(duì)

行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)"，查找有關(guān)描述天體運(yùn)動(dòng)的歷史資料，課堂上進(jìn)行交流，

教師提出問(wèn)題，學(xué)生討論后歸納總結(jié)人類認(rèn)識(shí)天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的歷史發(fā)展進(jìn)程。這

樣，不僅能培養(yǎng)學(xué)生獲取資料信息、分析信息、合作交流的能力，也有利于提高

學(xué)生的認(rèn)知水平。在探究地心說(shuō)和日心說(shuō)爭(zhēng)論的焦點(diǎn)時(shí)，教師可設(shè)置的問(wèn)題有：

地心說(shuō)與日心說(shuō)都認(rèn)為天體繞著"宇宙的中心"做什么運(yùn)動(dòng)呢？細(xì)心的觀察發(fā)現(xiàn)

了行星運(yùn)動(dòng)的什么現(xiàn)象？哪種學(xué)說(shuō)能更好地解釋"行星的逆行"現(xiàn)象？通過(guò)問(wèn)題

引領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識(shí)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在理解開普勒行星第一定律的過(guò)程中，可以課前打

印好某一行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道平面圖，然后學(xué)生結(jié)合教材上"做T故"恰當(dāng)選

取半長(zhǎng)軸和焦點(diǎn)去繪制橢圓，與行星的橢圓軌道進(jìn)行對(duì)比，加深對(duì)開普勒第一定

律的理解和掌握。行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律不能用實(shí)驗(yàn)研究的方法，學(xué)生可以不斷減小焦點(diǎn)

距離畫橢圓，去體會(huì)高中階段行星的軌道按圓軌道近似處理?？茖W(xué)家對(duì)行星研究

成果是天文歷法基礎(chǔ)，學(xué)生也可以結(jié)合地理學(xué)科天文部分的相關(guān)知識(shí)來(lái)學(xué)習(xí)。

2.萬(wàn)有引力定律

牛頓建立了偉大的萬(wàn)有引力定律，牛頓運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律構(gòu)成了牛頓

力學(xué)的核心內(nèi)容。從行星運(yùn)動(dòng)定律到萬(wàn)有引力定律的建立過(guò)程，是本章的重要內(nèi)

容，是極好的科學(xué)探究過(guò)程。開普勒行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律是從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度來(lái)描述行星運(yùn)

動(dòng)，萬(wàn)有引力定律是從動(dòng)力學(xué)角度研究行星運(yùn)動(dòng)，是依據(jù)已有規(guī)律進(jìn)行的演繹推

理的過(guò)程。本部分內(nèi)容是一個(gè)完整的探究過(guò)程，從問(wèn)題的提出、猜想與假設(shè)、演

繹與推理、結(jié)論的得出、檢驗(yàn)論證等,是一次很好的探究性學(xué)習(xí)過(guò)程，此過(guò)程將

人類探索未知的科學(xué)思維展現(xiàn)的淋漓盡致。萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)，明確了地球上

的重物下落與天體運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一性。牛頓大膽的推廣，找到自然界中四種基本相互

作用之一，給出了自然界任意兩個(gè)物體間的引力與物體的質(zhì)量、二者間距離的關(guān)

系，萬(wàn)有引力定律是科學(xué)史上最偉大的定律之一，明確向人們宣告天上和地上的

物體都遵循著完全相同的科學(xué)法則。所以，萬(wàn)有引力定律不僅可以被確定為本單

元的重點(diǎn)，也可以被確定是高中力學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)，其推導(dǎo)過(guò)程是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。

結(jié)合教學(xué)內(nèi)容分析和學(xué)情分析，教學(xué)上多通過(guò)啟發(fā)式的設(shè)問(wèn)，使牛頓的想法

能夠激發(fā)學(xué)生的興趣與想象力，引發(fā)學(xué)生提出更多的問(wèn)題，讓學(xué)生經(jīng)歷一次自己

"發(fā)現(xiàn)"萬(wàn)有引力定律的過(guò)程。月一地檢驗(yàn)要充分利用教材"思考與討論"中的

數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，體驗(yàn)一次自我的月一地檢驗(yàn)，感受牛頓是如何大膽假設(shè)與嚴(yán)格求

證?？ㄎ牡鲜矊?shí)驗(yàn)是歷史上非常著名和重要的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)學(xué)生認(rèn)真閱讀教材中"拓

展學(xué)習(xí)一引力常量的測(cè)量"，教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生了解和體會(huì)是如何巧妙地將物體間

非常小的力顯現(xiàn)和測(cè)量出來(lái)的，可聯(lián)系必修1中如何放大微小形變的方法，也可

以布置一些思考題:卡文迪什實(shí)驗(yàn)的重要意義是什么？這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路有什

么巧妙之處？引力常量普適性的意義是什么？通過(guò)這些問(wèn)題使學(xué)生學(xué)習(xí)和體會(huì)

其中精巧的科學(xué)探究方法，例如"光杠桿"原理放大微小物理量的方法等。

3.萬(wàn)有引力理論的成就

本部分是萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的主要應(yīng)用，了解"稱量地球質(zhì)量""計(jì)

算天體質(zhì)量”的基本思路，理解萬(wàn)有引力理論的巨大作用和價(jià)值，深刻體會(huì)科學(xué)

定律對(duì)人類探索未知世界的作用，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的興趣。所以，會(huì)用萬(wàn)有

引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量被確定為本單元的重點(diǎn)。

結(jié)合教學(xué)內(nèi)容分析和學(xué)情分析，本部分內(nèi)容的核心是牛頓運(yùn)動(dòng)定律與萬(wàn)有引

力定律在勻速圓周運(yùn)動(dòng)情境下的綜合應(yīng)用，要注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法。在

稱量地球質(zhì)量部分，提示學(xué)生"若不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響"這個(gè)條件。在稱量太

陽(yáng)質(zhì)量時(shí)，掌握行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的模型，明確依據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算

是測(cè)量中心天體質(zhì)量的一種重要方法。海王星的發(fā)現(xiàn)和哈雷彗星的按時(shí)回歸，讓

學(xué)生自主收集、閱讀、整理資料，以小組匯報(bào)的形式，進(jìn)一步展現(xiàn)萬(wàn)有引力理論

的成就。

4.宇宙航行

宇宙航行是航天部分的重要知識(shí)，也是萬(wàn)有引力實(shí)踐性成就的進(jìn)一步展現(xiàn)。

萬(wàn)有引力定律使人類實(shí)現(xiàn)了"飛天"夢(mèng)想，重點(diǎn)是掌握衛(wèi)星發(fā)射和理解第一宇宙

速度，激發(fā)學(xué)生科學(xué)獻(xiàn)身精神。三個(gè)宇宙速度的理解和第一宇宙速度推導(dǎo)被確定

為本單元的重點(diǎn)。

根據(jù)以往的教學(xué)情況來(lái)看，學(xué)生經(jīng)常對(duì)發(fā)射速度、環(huán)繞速度、逃逸速度不加

區(qū)分。教學(xué)中首先從發(fā)射衛(wèi)星角度來(lái)理解，三個(gè)宇宙速度都是最小發(fā)射速度，第

一宇宙速度是發(fā)射人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，第二宇宙速度是逃逸地球引力

束縛的最小發(fā)射速度，第三宇宙速度是脫離太陽(yáng)引力束縛的最小發(fā)射速度。從衛(wèi)

星發(fā)射之后入軌運(yùn)行，環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角度來(lái)理解，萬(wàn)有引力提供向

陛

心力，衛(wèi)星的線速度為v=1,最容易發(fā)射的近地衛(wèi)星〃*出,最低軌道對(duì)應(yīng)

最大的線速度，故才有第一宇宙速度也叫環(huán)繞速度。教學(xué)中可借助教材中科學(xué)漫

步《黑洞》，明確"第一宇宙速度又叫做環(huán)繞速度，第二宇宙速度又叫做逃逸速

度"。為了加深學(xué)生對(duì)宇宙速度的理解，可以舉例讓學(xué)生定性討論，例如：發(fā)射

神舟飛船、嫦娥四號(hào)、火星探測(cè)器的發(fā)射速度的范圍。

內(nèi)容與價(jià)值分析

一、課標(biāo)要求

2.2.4通過(guò)史實(shí)了解萬(wàn)有引力定律的發(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。認(rèn)識(shí)科學(xué)定律對(duì)人類探索未知世界的作用。

例3通過(guò)發(fā)現(xiàn)海王星等事實(shí)，說(shuō)明科學(xué)定律的作用。

例4以萬(wàn)有引力定律為例，了解統(tǒng)一性觀念在科學(xué)認(rèn)識(shí)中的重要意義。

2.2.5會(huì)計(jì)算人造地球衛(wèi)星的環(huán)繞速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速

度。

例5了解牛頓力學(xué)對(duì)航天發(fā)展的重大貢獻(xiàn)。

活動(dòng)建議

(3)觀看有關(guān)人造地球衛(wèi)星、神州飛船、航天飛機(jī)、空間站的錄像片，與

同學(xué)交流觀后感。

(4)收集我國(guó)和世界航天事業(yè)發(fā)展歷史和前景的資料，寫出調(diào)查報(bào)告。

2.3.1知道牛頓力學(xué)的局限性，體會(huì)人類對(duì)自然界的探索是不斷深入的。

2.3.2初步了解相對(duì)論時(shí)空觀。

例1初步了解長(zhǎng)度收縮效應(yīng)和時(shí)間延緩效應(yīng)。

例2初步了解時(shí)空彎曲。

2.3.3關(guān)注宇宙起源和演化的研究進(jìn)展。

例3查閱資料，初步了解典型的恒星演化過(guò)程。

活動(dòng)建議

(1)閱讀有關(guān)相對(duì)論的科普書刊，在同學(xué)中舉辦小型討論會(huì)。

(2)觀看有關(guān)宇宙起源的科教電視專題片，了解宇宙的演化。

二、學(xué)習(xí)內(nèi)容與價(jià)值分析

萬(wàn)有引力定律揭示了天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的根源，對(duì)人類智慧影響至為深遠(yuǎn)。本章

有直線運(yùn)動(dòng)到曲線運(yùn)動(dòng)的跨越，有圓周運(yùn)動(dòng)的繼承，也有牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用，

充分體現(xiàn)了物理學(xué)科核心素養(yǎng)下的物理觀念的形成、科學(xué)思維的運(yùn)用、科學(xué)探究

的設(shè)計(jì)，以及嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是、持之以恒的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

1.本章萬(wàn)有引力定律的學(xué)習(xí)過(guò)程，突出體現(xiàn)對(duì)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培

養(yǎng)

萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)歷程蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)本質(zhì)教育因素，對(duì)發(fā)展學(xué)生的科

學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)具有重要的價(jià)值。開普勒從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度描述了天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，

牛頓從動(dòng)力學(xué)角度揭示了天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的根源，兩個(gè)定律的學(xué)習(xí)加深了學(xué)生對(duì)運(yùn)

動(dòng)與相互作用關(guān)系的理解。科學(xué)論證需要證據(jù)的支持，"月一地檢驗(yàn)"進(jìn)一步驗(yàn)

證了實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。引力常量的普適性是萬(wàn)有引力定律正確性的有

力證據(jù)，卡文迪什測(cè)量引力常量是一種典型的科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究。根據(jù)萬(wàn)有引力理論

發(fā)現(xiàn)未知天體，說(shuō)明了科學(xué)定律的預(yù)測(cè)功能，學(xué)生可以從中體會(huì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)對(duì)人類

認(rèn)識(shí)世界的作用。宇宙航行部分從科學(xué)理論到實(shí)踐應(yīng)用，充分體現(xiàn)了萬(wàn)有引力定

律在人類開拓太空中的作用。發(fā)射人造衛(wèi)星探索宇宙奧秘，人類探索太空的歷程

更是科學(xué)促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的典型范例。由關(guān)注航天事業(yè)的成就和太空垃圾等新的環(huán)

境問(wèn)題，認(rèn)識(shí)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境之間的相互聯(lián)系。辯證地認(rèn)識(shí)牛頓力學(xué)的

局限性，有助于學(xué)生形成正確的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

2.在高中物理知識(shí)體系中，本章內(nèi)容具有承前啟后作用

萬(wàn)有引力定律是經(jīng)典力學(xué)的極大補(bǔ)充和完善，能促進(jìn)學(xué)生對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和

圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理解。例如：明確重力與萬(wàn)有引力的關(guān)系，有助于學(xué)生理解必修

1中自由落體加速度與地理緯度和海拔高度的關(guān)系；航天器中的完全失重，有助

于深化必修1中牛頓定律對(duì)失重現(xiàn)象的理解；衛(wèi)星繞地球、行星繞太陽(yáng)的勻速圓

周運(yùn)動(dòng)，能加深圓周運(yùn)動(dòng)一章中線速度、角速度、向心力、向心加速度等物理概

念及運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理解,讓學(xué)生增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念；衛(wèi)星變軌問(wèn)題的研究和

實(shí)際應(yīng)用，能促進(jìn)學(xué)生對(duì)向心力"供需"關(guān)系的理解，提升學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)解

決實(shí)際問(wèn)題的能力。開普勒第二定律的學(xué)習(xí)，滲透了機(jī)械能守恒定律；火箭發(fā)射、

空間站交會(huì)對(duì)接，滲透了動(dòng)量守恒定律；萬(wàn)有引力和庫(kù)侖力都滿足平方反比規(guī)律,

本章學(xué)習(xí)也對(duì)庫(kù)侖力的得出具有一定的鋪墊作用。

3.本章學(xué)習(xí)內(nèi)容能促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)

高中地理《宇宙中的地球》一章中，從地理學(xué)科的角度分析了地球?yàn)槭裁磿?huì)

存在生命，其中涉及的一些自然現(xiàn)象，與高中物理《萬(wàn)有引力與宇宙航行》一章

有緊密的聯(lián)系，通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生更好地去理解四季輪回、潮汐等地

理現(xiàn)象，以及指導(dǎo)重力探礦，促進(jìn)學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)。

4.在萬(wàn)有引力定律確立和應(yīng)用過(guò)程中，蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)研究方法

(1)本章教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)了觀察法的應(yīng)用

波蘭天文學(xué)家哥白尼四十年如一日地觀察和計(jì)算,所著《天體運(yùn)動(dòng)論》預(yù)示

了地心宇宙的終結(jié)。丹麥天文學(xué)家第谷，連續(xù)二十年對(duì)行星的位置進(jìn)行觀測(cè)，并

記錄了大量的精確數(shù)據(jù)為開普勒的研究提供了可靠資料。牛頓把哥白尼的觀點(diǎn)、

開普勒定律、伽利略和牛頓自己關(guān)于運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的研究成果融會(huì)一體，才總

結(jié)出了萬(wàn)有引力定律。可見，萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)離不開前人的大量天文觀測(cè)資

料。

學(xué)生在前面的學(xué)習(xí)中，也經(jīng)歷了大量觀察法的應(yīng)用，體會(huì)過(guò)人們認(rèn)識(shí)事物"先

現(xiàn)象，后本質(zhì)"的一般規(guī)律。例如：在探究牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)中，平衡摩擦力時(shí),

通過(guò)觀察紙帶上點(diǎn)跡是否均勻，來(lái)判斷物體是否做勻速直線運(yùn)動(dòng)，?通過(guò)觀察真空

玻璃管中鐵片和羽毛的下落，可以知道不同質(zhì)量物體下落的一樣快；通過(guò)觀察小

球在理想斜面上滾動(dòng)，伽利略才給出力不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，?通過(guò)觀察

砂輪打磨下來(lái)的熾熱微粒或擲飛鏢的軌跡，可以知道曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向……先

有"洞天地之察"，后有"析萬(wàn)物之理"。觀察是學(xué)生認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象的開始，觀

察到事物不同和相同之處，才能通過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，得到事物發(fā)展統(tǒng)一性規(guī)律。本

單元的學(xué)習(xí)，能讓學(xué)生進(jìn)一步體會(huì)到觀察法的重要性。

(2)本章教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)了假說(shuō)法的運(yùn)用

古希臘的哲學(xué)家們認(rèn)為圓是最完美的圖形才是出了行星運(yùn)動(dòng)是做圓周運(yùn)動(dòng)的

假說(shuō)。托勒密根據(jù)日月星辰每天東升西落，提出了地心假說(shuō)。火星逆行與地心說(shuō)

發(fā)生矛盾，哥白尼提出了日心假說(shuō)。開普勒對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)期觀測(cè)資料進(jìn)行分析,

發(fā)現(xiàn)了開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，修正了哥白尼的假說(shuō)。牛頓”站在巨人的肩上"根

據(jù)已知的事實(shí)和原理，進(jìn)行合理的想象和推理，提出了萬(wàn)有引力定律的假說(shuō)。

假說(shuō)并不是憑空猜想，它具有科學(xué)性，是以可靠的事實(shí)為依據(jù)，是科學(xué)性的

猜想和假設(shè)，是物理科學(xué)探究的一種，也是建立和發(fā)展真定律、真理論的橋梁。

例如，JJ湯姆孫的原子模型無(wú)法解釋a粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福才提出了原子的核

式結(jié)構(gòu)模型假說(shuō)，又因?yàn)楹耸浇Y(jié)構(gòu)無(wú)法解釋原子光譜的分立特征，玻爾提出了玻

爾理論。提出假說(shuō)需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維，假說(shuō)還具有推測(cè)性、可預(yù)見性、可驗(yàn)證

性。例如，伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究，先是在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維下讓原有理論

自相矛盾，然后提出自己的科學(xué)性假說(shuō)：質(zhì)量不同的物體下落一樣快，屬于勻變

速直線運(yùn)動(dòng)。最后，利用沖淡重力的影響，預(yù)見性推斷斜面逼近豎直方向物體運(yùn)

動(dòng)性質(zhì)不變，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明自由落體是一種勻變速直線運(yùn)動(dòng)。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撏茖?dǎo)和

巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所得到的假說(shuō)，是可以讓學(xué)生信服的。安培分子環(huán)流假說(shuō)，高中

階段雖然沒(méi)有給出直接理論支撐和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,但是能很好的解釋磁化和消磁等現(xiàn)

象，這個(gè)科學(xué)假說(shuō)也就變成了科學(xué)事實(shí)。學(xué)生通過(guò)本章假說(shuō)法的學(xué)習(xí)，既能深化

理解前面假說(shuō)法的應(yīng)用，也能為后續(xù)假說(shuō)法的學(xué)習(xí)做鋪墊。

(3)本章教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)了構(gòu)建理想化物理模型的運(yùn)用

在認(rèn)識(shí)宇宙的過(guò)程中，人類在不斷地構(gòu)建理想化物理模型。從托勒密構(gòu)建地

心宇宙模型，到哥白尼構(gòu)建日心宇宙模型，最后開普勒又構(gòu)建了太陽(yáng)系模型。地

球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)視為理想化的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力提供向心力，地球按照理想

化"質(zhì)點(diǎn)”來(lái)處理。物體在地球表面所受重力，在忽略自轉(zhuǎn)次要因素后，可認(rèn)為

等于它們之間的萬(wàn)有引力。構(gòu)建理想化物理模型來(lái)突出研究對(duì)象和所研究問(wèn)題的

主要方面，忽略次要因素，更能深刻地把握事物的本質(zhì)，為人類研究復(fù)雜事物提

供了科學(xué)思維方法。構(gòu)建理想化物理模型這種科學(xué)思維，能讓學(xué)生體會(huì)事物的表

象具有多樣性和復(fù)雜性，其本質(zhì)可能存在同一性，激發(fā)探尋科學(xué)本質(zhì)的愿望和興

趣，也能更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。

(4)本章教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)了實(shí)踐驗(yàn)證法的運(yùn)用

"月一地檢驗(yàn)"驗(yàn)證了牛頓的想法是正確的，明確地向人們宣告，天上和地

上的物體都遵循著完全相同的科學(xué)法則揭示了復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的后面可能隱藏著簡(jiǎn)潔

的科學(xué)規(guī)律，正是這種對(duì)簡(jiǎn)潔性的追求啟迪科學(xué)家不斷探索物理理論的統(tǒng)一性。

但是萬(wàn)有引力定律還具有一定的推測(cè)性，牛頓并沒(méi)有給出準(zhǔn)確的引力常量，

卡文迪什利用扭秤裝置測(cè)定了引力常量，引力常量的普適性成為萬(wàn)有引力定律正

確性的有力證據(jù)。

海王星的發(fā)現(xiàn)和哈雷彗星的“按時(shí)回歸"確立了萬(wàn)有引力的地位，萬(wàn)有引力

定律不僅能夠解釋已知事實(shí)，預(yù)言未知現(xiàn)象，更重要的是還預(yù)言成真。人類利用

萬(wàn)有引力定律已經(jīng)成功發(fā)射了人造地球衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了登月和火星探測(cè)等偉大壯

舉。這一系列航天成就都驗(yàn)證了萬(wàn)有引力理論的正確性，也使學(xué)生明白假說(shuō)只有

經(jīng)受住了時(shí)間和實(shí)踐的檢驗(yàn)才能變成為真理。

愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀提出后也需要實(shí)踐的檢驗(yàn)。相對(duì)論時(shí)空觀的第一次宏

觀驗(yàn)證是在1971年進(jìn)行的。當(dāng)時(shí)在地面上將四只鉗原子鐘調(diào)整同步，然后把它

們分別放在兩架噴氣式飛機(jī)上做環(huán)球飛行，一架向東，一架向西，當(dāng)一周后兩架

飛機(jī)回到地面時(shí)，與留在地面上鈉原子鐘進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與相對(duì)論的理論預(yù)

言符合得很好。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是科學(xué)探究中一種重要方法，本章所涉及的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，有意識(shí)地去

培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是學(xué)生獲得可持續(xù)成功和恒久幸福的堅(jiān)

實(shí)基礎(chǔ)。

5.本章教學(xué)內(nèi)容蘊(yùn)含著豐富的育人價(jià)值

萬(wàn)有引力定律確立了人們對(duì)牛頓力學(xué)的尊敬，不僅體現(xiàn)了學(xué)科價(jià)值，更豐富

了育人價(jià)值?？茖W(xué)家不畏艱辛、幾十年如一日刻苦鉆研的精神是成功的基石，持

之以恒的精神值得學(xué)生學(xué)習(xí)。從第谷的數(shù)千個(gè)數(shù)據(jù)到開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，再到

引力的表達(dá)式，學(xué)生可以體會(huì)到認(rèn)識(shí)越深刻，表述就越簡(jiǎn)潔，含義就越豐富，物

理學(xué)法則的普適性在深深地打動(dòng)著學(xué)生，獲得真知的愉悅和審美感受更加驅(qū)動(dòng)學(xué)

生去不斷探索。"中國(guó)航天之父"錢學(xué)森和中國(guó)第T立航天員楊利偉的介紹，更

是號(hào)召學(xué)生向他們學(xué)習(xí)，學(xué)有所成，為國(guó)奉獻(xiàn)。學(xué)生學(xué)習(xí)人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行的

原理，能更進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生關(guān)注我國(guó)在航天領(lǐng)域的科技成就，進(jìn)一步提升國(guó)家認(rèn)

同感和民族自豪感。

綜上，本章內(nèi)容所蘊(yùn)含的豐富價(jià)值，還會(huì)繼續(xù)影響人類對(duì)未知世界的探索。

學(xué)習(xí)過(guò)程

一、本單元學(xué)習(xí)進(jìn)階設(shè)計(jì)

L層級(jí):

局限性

L層級(jí)：

克成就

L層級(jí)：

理論成就

L2層級(jí):

萬(wàn)有引力定律

L層級(jí)二

行星的運(yùn)動(dòng)

學(xué)習(xí)進(jìn)階圖

二、學(xué)習(xí)過(guò)程設(shè)計(jì)說(shuō)明

LL1層級(jí)：行星的運(yùn)動(dòng)

這一層級(jí)的基礎(chǔ)是學(xué)生已經(jīng)了解一些天文現(xiàn)象和科學(xué)史實(shí)，例如托勒密的地

心宇宙學(xué)說(shuō)和哥白尼的太陽(yáng)中心學(xué)說(shuō)。地理中已經(jīng)知道了地球公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)，知道

近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)。但是，行星運(yùn)動(dòng)軌道到底是什么樣的？行星與太陽(yáng)連線所掃過(guò)

的面積有什么定量關(guān)系？運(yùn)動(dòng)周期與行星離太陽(yáng)的遠(yuǎn)近有什么關(guān)系？這些需要

學(xué)生通過(guò)本層級(jí)學(xué)習(xí)來(lái)達(dá)成。

【活動(dòng)設(shè)計(jì)案例一】

閱讀教材《科學(xué)漫步》一人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)。思考"地心說(shuō)"與"日

心說(shuō)"爭(zhēng)論的焦點(diǎn)，產(chǎn)生爭(zhēng)論的根源，以及開普勒是如何根據(jù)第谷觀測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)

出了開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律。

活動(dòng)目的：通過(guò)豐富的科學(xué)史料，展現(xiàn)人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)知過(guò)程。

【活動(dòng)設(shè)計(jì)案例二】

根據(jù)教材做一做繪制橢圓，繪制焦點(diǎn)距離不同的橢圓。

活動(dòng)目的：一方面驗(yàn)證行星軌道的特點(diǎn)，一方面體會(huì)橢圓軌道向圓軌道的近

似處理。

【活動(dòng)設(shè)計(jì)案例三】

收集太陽(yáng)系中行星運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，比較軌道半長(zhǎng)軸立方與公轉(zhuǎn)周期平方之比。

活動(dòng)目的：體驗(yàn)開普勒第三定律。

本層級(jí)從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度描述天體的運(yùn)動(dòng)，教師要根據(jù)人類認(rèn)識(shí)行星運(yùn)動(dòng)的歷

史事實(shí)與學(xué)生認(rèn)知的實(shí)際情況確定探究點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的能力進(jìn)階，以問(wèn)題研究與

故事講解相結(jié)合的方式組織課堂教學(xué)，掌握開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，知道開普勒行

星運(yùn)動(dòng)定律的科學(xué)價(jià)值，為萬(wàn)有引力定律的學(xué)習(xí)起到鋪墊性的作用。同時(shí)要立足

對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)精神、科學(xué)思維方法的教育，讓學(xué)生在科學(xué)家關(guān)于天體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題

的研究歷史中，感悟科學(xué)家求真、求簡(jiǎn)的科學(xué)思維方法和科學(xué)精神。

2.L2層級(jí)：萬(wàn)有引力定律

本層級(jí)的進(jìn)階起點(diǎn)是學(xué)生已經(jīng)掌握了牛頓運(yùn)動(dòng)定律和開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律。

學(xué)生已具備一定的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念，對(duì)力、質(zhì)量、速度、加速度、向心力、

向心加速度等概念具有較好的理解，明確知道物體做曲線運(yùn)動(dòng)的原因，并且掌握

了自由落體、拋體運(yùn)動(dòng)和勻速圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律，且能熟練運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定

律解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。太陽(yáng)系中所有行星都圍繞著太陽(yáng)運(yùn)行,說(shuō)明太陽(yáng)與行星之間

的引力是使行星如此運(yùn)動(dòng)的主要原因，但引力的大小和方向還不確定，天體間的

這種引力與地球?qū)ξ矬w的引力性質(zhì)是否相同，諸如此類問(wèn)題，學(xué)生需要通過(guò)本層

級(jí)學(xué)習(xí)來(lái)達(dá)成。

【活動(dòng)設(shè)計(jì)案例一】

推導(dǎo)行星與太陽(yáng)間的引力。

活動(dòng)目的：通過(guò)分析行星繞太陽(yáng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的原因，知道太陽(yáng)與行星間存

在著引力作用，明確該引力提供行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的向心力，進(jìn)而通過(guò)演繹推理獲

得太陽(yáng)與行星間引力的表達(dá)式，為萬(wàn)有引力定律的得出做好鋪墊。

【活動(dòng)設(shè)計(jì)案例二】

引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行月一地檢驗(yàn)，在牛頓的大膽假設(shè)下，思考"天上"的力和"人

間”的力可能出于同一本源。

活動(dòng)目的：嚴(yán)格求證天體間引力、地球與物體間的引力性質(zhì)相同，才有可能

進(jìn)而推廣到任意兩個(gè)物體之間都存在這樣的引力，建立萬(wàn)有引力定律。

【活動(dòng)設(shè)計(jì)案例三】

閱讀教材《拓展學(xué)習(xí)》——引力常量的測(cè)量。

活動(dòng)目的：一方面學(xué)習(xí)如何用物理實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)量微小量，一方面明確引力

常量的測(cè)定是萬(wàn)有引力定律正確性的有力證據(jù)。

本層級(jí)是從動(dòng)力學(xué)的角度研究天體的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解受力，推導(dǎo)太

陽(yáng)與行星間弓I力的大小和方向。通過(guò)月一地檢驗(yàn)，求證天上與地上的物體遵循相

同的科學(xué)規(guī)律，進(jìn)而推廣到任意兩個(gè)物體之間。萬(wàn)有引力定律的檢驗(yàn)需要大量的

事實(shí)，卡文迪什實(shí)驗(yàn)是無(wú)法替代的，為萬(wàn)有引力定律的普適性奠定了強(qiáng)有力的實(shí)

驗(yàn)基礎(chǔ)。本層級(jí)教學(xué)設(shè)計(jì)要結(jié)合學(xué)生已有知識(shí)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的能力進(jìn)階。尤其

是在問(wèn)題的提出后,注重培養(yǎng)學(xué)生敏銳的直覺和深刻的觀察力，鼓勵(lì)學(xué)生要有大

膽假設(shè)的勇氣。在學(xué)生經(jīng)過(guò)一次自我"發(fā)現(xiàn)"萬(wàn)有引力定律的過(guò)程中，使學(xué)生嚴(yán)

謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)演繹、合理的邏輯推理、精巧的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等方面實(shí)現(xiàn)發(fā)展。

3.L3層級(jí)：萬(wàn)有引力理論的成就

本層級(jí)的進(jìn)階起點(diǎn)是學(xué)生已經(jīng)掌握了勻速圓周運(yùn)動(dòng)和萬(wàn)有引力定律,可以通

過(guò)受力分析在太空中構(gòu)建天體的勻速圓周運(yùn)動(dòng)理想化模型。在學(xué)習(xí)前，已經(jīng)掌握

了利用天平、電子秤等測(cè)量宏觀物體質(zhì)量的基本方法,但若稱量宇宙中天體的質(zhì)

量，學(xué)生還"望塵莫及"，可想而不可求。學(xué)生只知道牛頓很偉大、萬(wàn)有引力定

律很了不起，但還不清楚"為什么"，這些需要學(xué)生通過(guò)本層級(jí)學(xué)習(xí)來(lái)達(dá)成。

【活動(dòng)設(shè)計(jì)案例一】

要通過(guò)稱量由小到大物體的質(zhì)量，為學(xué)生創(chuàng)造出問(wèn)題任務(wù)，怎樣"稱量"地

球的質(zhì)量？教師通過(guò)布置學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)掌握"稱量"地球質(zhì)量的方

法。

活動(dòng)目的：體會(huì)測(cè)天體質(zhì)量的方法，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的深化。

【活動(dòng)設(shè)計(jì)案例二】

通過(guò)方法遷移，再為學(xué)生創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，能用"稱量"地球質(zhì)量的方法”稱

量"太陽(yáng)嗎？在掌握了測(cè)量太陽(yáng)質(zhì)量的方法后，結(jié)合《思考與討論》用實(shí)際數(shù)據(jù)

估算太陽(yáng)的質(zhì)量。

活動(dòng)目的：?jiǎn)栴}情境引導(dǎo)學(xué)生思考，變知識(shí)掌握為知識(shí)和方法的掌握。通過(guò)

估算太陽(yáng)質(zhì)量，讓學(xué)生體會(huì)自我成就感。

【活動(dòng)設(shè)計(jì)案例三】

學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)自主收集整理海王星材料，利用多媒體展示，交流分享。

活動(dòng)目的：變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生搜集材料和整理材料的能力，

以及同學(xué)間的協(xié)作擔(dān)當(dāng)。發(fā)現(xiàn)未知天體說(shuō)明了科學(xué)定律的預(yù)測(cè)功能，學(xué)生可以從

中體會(huì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的作用。

本層級(jí)是萬(wàn)有引力理論在天文學(xué)上的重要應(yīng)用，重點(diǎn)是"稱量地球質(zhì)量”和

"計(jì)算太陽(yáng)質(zhì)量”的學(xué)習(xí)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)會(huì)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算某一中心天體質(zhì)量

的