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普通高中课程标准实验教科书物理教材介绍·必修2（第六章万有引力与航天）课程标准的要求1．通过有关事实了解万有引力定律的发现过程。知道万有引力定律。认识发现万有引力定律的重要意义，体会科学定律对人类探索未知世界的作用。2．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。3．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识世界的影响。4．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。5．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与意义，认识经典力学的实用范围和局限性。6．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自然科学的促进作用。一、本章教材概述从知识结构上看，本章教材是牛顿运动定律对曲线运动应用的继续。牛顿应用牛顿运动定律研究天体运动的规律，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对学生进行“过程与方法”、“情感态度与价值观”教育的难得的好材料。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，形象地、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。第2节把行星运动轨道简化为圆，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。第3节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恒量的意义。教材接着阐述万有引力定律对天体运动的应用和宇宙航行的应用。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、弱引力的情况。在编写本章时还有以下思考：1．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，它歌颂了前辈科学家的科学精神，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，是发展学生思维能力难得的好材料，本章充分利用这些材料发展学生的科学思维能力。教科书在尊重历史事实的前提下，通过一些逻辑思维的铺垫，让学生以自己现有的知识基础处身于历史的背景下，经历一次自己“发现”万有引力定律的过程。教科书关于发现万有引力定律的线索和思路如下：2．注重科学文化教育科学意识、科学精神、科学价值观等都是在科学发展过程中形成的。牛顿时代的科学家围绕着万有引力的研究，经历了大量曲折顽强而又闪烁智慧的科学实践，这些科学发展过程中的事例都是实现“情感、态度与价值观”目标的好材料，教科书在组织内容时，重视科学文化对学生的熏陶作用。第一节课文中“人类对行星运动规律的认识”一文，通过对托勒密、哥白尼、第谷、开普勒等科学家关于行星运动规律研究的介绍，领略到前辈科学家们对自然奥秘不屈不挠探索的精神和对待科学研究一丝不苟的态度，感悟到科学的结论总是在顽强曲折的科学实践中悄悄地来临。教科书通过从牛顿时空观到爱因斯坦时空观之间的“漫步”，通过两个世纪以来科学家们对“黑洞”的猜测，开阔学生的视野，激发学生的求知欲，激励学生对未来的探索。在“牛顿的科学生涯”一文中，教科书引用了牛顿的名言：“……我不过是一个在海滨玩耍的小孩，不时地为比别人找到一块更光滑、更美丽的卵石和贝壳而感到高兴，而在我前面的真理的海洋，却完全是个谜。教科书还引用了爱因斯坦的话：“一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜。”在“黑洞”一文中，当代著名宇宙学家霍金自问到：“为什么人们要攀登珠穆朗玛峰？因为它就在那里。”这些都是名家们对科学不懈追求的动力的解释，是名家们朴实的科学价值观的体现，对学生科学价值观的形成起到重要作用。3．增进科学与生活、社会的联系人们常常认为万有引力似乎跟现实生活、人类社会难有联系，认为航天活动是一项高精尖的事业，与自己的距离较远。其实，只要我们去认真关注，科学跟生活、跟社会的联系是紧密的，航天正在改变着我们的日常生活和社会。教科书“STS”栏目“航天事业改变着人类生活”列举了诸多航天跟人类生活相关的事例，从气象卫星到天气预报，从卫星定位系统到自动导航的汽车，从地球资源卫星到我国西部开发整体规划，从军事卫星到现代防务，从失重现象到微重力实验室，从太空辐射到太空育种，等等。它引导学生进行科学跟生活、跟社会联系的思考，当学生收看到电视台天气预报的卫星云图时，让学生体会到物理学就在我们的身边。4．正确评价经典力学“经典力学的局限性”实际上是对经典力学的总结。教科书首先肯定了经典力学的巨大成就，然后从低速到高速、宏观到微观、弱引力到强引力三个方面介绍了经典力学的局限性，这些介绍的具体内容并不要求学生掌握，而是让学生知道科学成就总是在不断发展的，并且给学生一个这样的观念：一个新的科学理论的建立并不意味着原有科学理论的推翻，而是原有科学理论在一定条件下成为新理论的一部分，从这个角度看，科学结论的普适性总是相对的，科学就是在不断探索更广泛适用的理论中得到发展。本书引用了马克·吐温的话：“根据零星的事实，增添一点猜想，竟能赢得那么多收获！”本书还引用了剧作家萧伯纳诙谐名句“科学总是从正确走向错误。”这些出自科学界以外的名人之语，使学生从另一个视角领悟科学发现的哲理。第1节行星的运动1．教学目标(1)了解人类对行星运动规律的认识历程；(2)了解观察的方法在认识行星运动规律中的作用；(3)知道开普勒行星运动定律，知道开普勒行星运动定律的科学价值，了解开普勒第三定律中k值的大小只与中心天体有关；(4)体会科学家们实事求是、尊重客观事实、不迷信权威、敢于坚持真理和勇于探索的科学态度和科学精神，体会对描述自然追求简单和谐是科学研究的动力之一。2．教材分析与教学建议本节内容对全章的教学起着引领性的作用，同时又为本章的重点内容万有引力定律的学习起一个铺垫性的作用。本节内容的突出特点是：知识容量较少，但包含的科学史料十分丰富。因此，本节的教学设计应立足于对学生进行科学精神、科学思想方法的教育。让学生在科学家关于天体运动问题的研究历史中，感悟科学家求真、求简的科学思想方法和科学精神。由于学生对天体运动的研究缺乏观察的条件，对天体运动的真实认识，不会超过托勒密的水平。从学生已经具有的知识基础来讲，学生对有关科学家的事例可能略知一二，但对科学家的发现、发明、创造内容的了解还不够系统和准确。因此，对于行星运动的教学可以有两种处理方法：一种是教师讲述的方法，另一种是学生先看（查），后教师总结的方法。对于程度较好的学生可采用后一种方法，在上本节课之前，先布置给学生一些学习任务，如：①阅读教科书30页《人类对行星运动规律的认识》；②查找有关描述天体运动的历史资料，并要求在课堂上进行交流。在课堂教学中，让学生交流各自获得的资料后，提出自己的问题并择要进行分析讨论，然后教师归纳出人类认识天体运动大致的历史发展过程，使学生对全章有一个概括性的认识。这样做一方面可以培养学生获取资料、分析资料、合作交流的能力，另一方面，在整体的背景下实施教学，有利于提高学生的认知水平。本节内容是从运动学的角度描述天体的运动，知识的逻辑结构是从介绍托勒密的地心宇宙学说到哥白尼的太阳中心学说，再提出开普勒的行星运动定律。按照人们认识天体运动的发展历史学习本节内容，这一顺序也符合学生认知发展的规律。本节内容是以陈述的方式编写的，课堂教学如果按这种方式进行，难以起到应有的教育效果，所以，在教学设计时教师要根据人类认识行星运动的历史事实与学生认知的实际情况确定探究点，适当进行猜想与探究，以问题探究与故事讲解相结合的方式组织课堂教学，这种教学处理方式比较符合本节内容的特点。为此，建议确定以下几个探究点。第2节太阳与行星间的引力1．教学目标(1)知道行星绕太阳运动的原因，知道太阳与行星间存在着引力作用；(2)知道行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力来源；(3)知道太阳与行星间引力的方向和表达式，知道牛顿定律在推导太阳与行星间引力时的作用；(4)领会将不易测量的物理量转化为易测量物理量的方法。2．教材分析与教学建议从行星运动规律到万有引力定律的建立过程，是本章的重要内容，是极好的科学过程教育素材。在行星运动规律与万有引力定律两节内容之间安排本节内容，是为了更突出发现万有引力定律的这个科学过程。如果说上一节内容是从运动学角度来描述行星运动的话，那么，本节内容是从动力学角度来研究行星运动的，研究过程是依据已有规律进行的演绎推理的过程。这节内容与下一节内容合起来应该说是一个比较完整的探究过程，从问题的提出、猜想与假设、演绎与推理、结论的得出、检验论证等，是一次很好的探究性学习过程。所以建议将本节与下一节内容合起来连上两节课，这样更有利于学生形成完整的探究过程。第3节万有引力定律1．教学目标(1)了解万有引力定律发现的思路和过程，知道地球上的重物下落与天体运动的统一性；(2)知道万有引力是一种存在于所有物体之间的吸引力，知道万有引力定律的适用范围；(3)会用万有引力定律解决简单的引力计算问题，知道万有引力定律公式中r的物理意义，了解引力常量G的测定在科学历史上的重大意义；(4)了解万有引力定律的发现的意义，体会在科学规律发现过程中猜想与求证的重要性。2．教材分析与教学建议从内容性质与地位来看，本节内容是对上一节教学内容的进一步外推，是下一节内容学习的基础；是猜想、假设与验证相结合的教学内容；是一种演绎思维与归纳思维相结合的推理知识建构结构，教科书的立意还在于物理理论必须接受实践的检验。讲课的时候可以向学生交代一下，万有引力定律是本章的重点知识，万有引力定律的得出体现了牛顿的科学智慧；牛顿是一位对概念、规律的普遍意义极其敏感的大科学家，从研究太阳与行星之间的引力，想到普遍意义上的万有引力定律在牛顿的科学思想上是比较顺理成章的事情。用这个历史事实组织课堂教育活动，还必须使学生在哲学层面上明确两点：①事物的偶然性与必然性的辩证关系；②真理具有相对性，科学理论必须受实践的检验，科学理论也是发展的。这样做是为了后面几节内容的学习，如爱因斯坦对万有引力定律的修正，在教学思路上做些铺垫性的工作。在万有引力定律的教学中，除了说明牛顿的伟大功绩之外，还应注意说明牛顿的工作是建立在前人工作基础之上的。虽然在中学阶段只能将椭圆轨道近似为圆形轨道来证明万有引力定律，但是教学中仍要告诉学生，牛顿是在椭圆轨道情形中证明了万有引力定律。第4节万有引力理论的成就1．教学目标(l)了解万有引力定律在天文学上的重要应用；(2)会用万有引力定律计算天体质量，了解“称量地球质量”“计算太阳质量”的基本思路；(3)认识万有引力定律的科学成就，体会科学思想方法。2．教材分析与教学建议本节教学要求学生体会万有引力定律经受实践的检验，取得了很大的成功；理解万有引力理论的巨大作用和价值，它在科学史上所产生的重大影响是无论怎样估计也不过分的。本节是“应用十检验”性的内容，着重讲清应用思路，通过本节的学习，重点要使学生深刻体会科学定律对人类探索未知世界的作用，激起学生对科学探究的兴趣，培养热爱科学的情感。第5节宇宙航行1．教学目标(1)了解人造地球卫星的最初构想；(2)会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题；(3)知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度；(4)感受人类对客观世界不断探究的精神和情感。2．教材分析与教学建议本节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。第6节经典力学的局限性1．教学目标(1)了解经典力学的发展历程和伟大成就；(2)认识经典力学的局限性和适用范围；(3)初步了解微观和高速世界中的奇妙现象；(4)了解相对论、量子论的建立对人类深入认识客观世界的作用，知道物理学改变人们世界观的作用。2．教材分析与教学建议教师首先要理解，这节内容在原来教科书中是放在《牛顿运动