§6.1 行星的运动说课稿
设计思路
本节教学既是前面《运动的描述》和《曲线运动》内容的进一步的延伸和拓展，又是为了学习万有引力定律做铺垫。在物理1的第一章《运动的描述》部分，学生已学习了参考系、运动轨迹、运动快慢描述的相关知识；物理2的第六章《曲线运动》部分，已学习了圆周运动快慢描述的相关知识，这些都是学习行星运动的描述的知识准备。另外，学生在地理学科中对宇宙中的不同级别的天体系统有所了解，而数学学科对椭圆的相关知识未学。所以，要适当地复述和补充这些内容，促使学生意义建构开普勒行星运动定律。同时该节内容也涉及大量物理史实、贴近学生生活和联系社会实际的事实，可进一步培育学生的科学情感、精神和发展观。基于以上思路，设计本节教学目标如下： （一）教学目标 一．知识与技能
1．知道地心说和日心说的基本内容．
2．知道所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上．
3．知道所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，且这个比值与行星的质量无关，但与太阳的质量有关．
4．理解人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，真理是来之不易的． 二．过程与方法
通过托勒密、哥白尼、第谷·布拉赫、开普勒等几位科学家对行星运动的不同认识，了解人类认识事物本质的曲折性并加深对行星运动的理解． 三．情感、态度与价值观
1．澄清对天体运动裨秘、模糊的认识，掌握人类认识自然规律的科学方法．
2．感悟科学是人类进步不竭的动力． （二）课型 新授课（1课时） （三）教学重点、难点
一．教学重点
理解和掌握开普勒行星运动定律，认识行星的运动．学好本节有利于对宇宙中行星的运动规律的认识，掌握人类认识自然规律的科学方法，并有利于对人造卫星的学习． 二．教学难点
对开普勒行星运动定律的理解和应用，通过本节的学习可以澄清人们对天体运动神秘、模糊的认识．
（四）教学手段 探究、讲授、讨论、练习
（五）教具准备 多媒体课件、小黑板、图钉、细绳 具体教学活动设计如下：
【新课导入】
通过多媒体展示天体运动、航天飞机、航天员的图片，引出本章课题。 通过多媒体展示太阳系的图片，引出本节课题。 【新课教学】
一、古代对行星运动规律的认识 展示问题：
1．古人对天体运动存在哪些看法?
2．“地心说”的代表人物是谁？具体内容是什么？ 3．“日心说”的代表人物是谁？具体内容是什么？ 二、开普勒行星运动定律
问题1：古人认为天体做什么运动?
问题2：开普勒认为行星做什么样的运动?他是怎样得出这一结论的?并由此引出开普勒的行星运动定律。
1．开普勒第一定律，板书定律内容，然后进行做一做：用图钉和细绳画椭圆。提出问题椭圆上某点到两个焦点的距离之和与椭圆上另一点到两个焦点的距离之和有什么关系? 2．开普勒第二定律，板书定律内容，展示问题：根据开普勒第二定律，如果一颗行星绕太阳沿椭圆轨道运动，它在离太阳最近的位置（近日点）和最远的位置（远日点），哪点的速度比较大？通过多媒体课件展示图片引导学生分析这一问题并得到结论近日点速度最大，远日点速度最小。
3．开普勒第三定律，板书定律内容，公式。给出参考资料：太阳系九大行星平均轨道半径和周期的数值，供课后验证。
引导学生深入探究：
播放九大行星轨道运动的课件，使学生对多数行星的轨道与圆十分接近有一个感性认识．提出问题：开普勒三定律适用于圆轨道时，应该怎样表述呢?由课件展示具体内容。 【课堂训练】
通过一道例题和一道练习题对本节内容加以巩固。 【课堂小结】 【作业布置】
6-2 太阳和行星间的引力
一、教学目标：
1．知识与技能：
（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的来源。
（3）知道太阳与行星间引力的方向和表达式，知道牛顿运动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。(v--T)
2．过程与方法：
（1）经历科学探究的过程，强化“猜想与假设”的情感认识（学史教育），经历自主学习的“演绎推理”过程。
（2）利用现有知识、方法解决实际问题，培养应用知识解决问题的能力。 （3）通过建立太阳和行星运动的简化模型(椭圆---圆），培养抓住“主要矛盾”，建立物理模型的意识。
（4）初步体会对称变换。（由牛三定律和太阳对行星的引力得出行星对太阳的引力）
3．情感态度与价值观：
（1）通过讲述牛顿之前科学家的猜想与推测，理解牛顿所说的：“如果我曾看
得更远些，那是因为我站在巨人们的肩上”的时代背景，知道努力学习过程，就是为了站上巨人们的肩上，“看得更远”——使自己更富创造性。
（2）通过对研究太阳与行星的相互吸引力过程中参照系的转换，认识在规律面前各星体之间没有特殊性（太阳和行星都一样），培养学生要尊重规律的价值观。
二、教学过程
《万有引力定律》说课稿
一、教材的地位和作用
《万有引力定律》是人教版教材高中物理必修2第六章第三节的内容。从性质与地位上看，本节内容是对上一节教学内容的进一步外推，是下一节内容的基础；从思想方法上看，是猜想、假设与验证相结合、是演绎与归纳相结合的教学内容。教科书的立意还在于物理理论必须接受实践的检验。
二、学生情况分析
学生在本章的第二节中，已经学习了太阳与行星间的相互作用规律，在第五章中已经学习了匀速圆周运动的相关规律，这些为“月——地检验”的学习和理解奠定了一定的基础，但“月——地检验”中，是要验证同一物体在地面上不同高度（地面附近和地面上38万公里高的地方）受到地球作用力的大小关系的，可最后要转化为可验证地面附近物体自由下落的加速度（即重力加速度）和月球绕地球运动的加速度（即月球绕地球做圆周运动的加速度）之间的关系，这步转化不易理解，是学生理解“月——地检验”的一大障碍。
三、教学目标
根据本节课教材的结构和内容分析，结合高一年级学生的认知结构、心理特
征以及学生的实际情况，我制定了以下的教学目标：
1、知识与技能
1) 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。 2、过程与方法
了解万有引力定律发现的思路和过程，体会在科学规律发现过程中猜想和求证的重要性。 3、情感态度和价值观
1) 了解万有引力定律发现的意义，体会科学发展对人们世界观的改变所起
的作用； 2) 了解引力常量G的测定在科学历史上的重大意义，体会科学家的在科学
发展过程中所起的重要作用。
四、 教学的重、难点
基于教材内容、学生的实际情况和教学目标的分析，我设定了以下的教学重难点。
重点：万有引力定律的发现过程，万有引力定律的理解和简单应用； 难点：“月——地检验”的理解。 五、教学法
为了讲清教材的重、难点，使学生能够达到本节内容设定的教学目标，基于本节课内容的特点，我主要采用了以下的教学方法：
1、启发式：
教师通过提问，明确要解决的问题，引导学生去思考。学生通过思考、讨论解决教师的提问。
2、自主、合作学习
发挥学生的主体性原则。学生能自学的地方，能合作解决问题的地方，教师就可以放手。
六、教学过程
课堂主要教学活动分为三个环节：引入、新课教学和课堂小结。 1、引入：（预计3—5分钟）
教师展示：【课件】幻灯片1——牛顿坐在苹果树下，苹果下落的照片。展示照片，目的是激发学生的好奇心，引起学生的无意注意。
教师提问：
（1）既然是行星与太阳之间的力使得行星不能飞离太阳，那么是什么力使得地面上的物体不能离开地球，总要落回地面呢？
（2）这两种作用是同一种性质的力吗？
（3）拉住月球使它围绕地球运动的力，与拉着苹果下落的力相同吗？这些力都遵循相同的规律吗？
这三个问题逐渐递进，问题越来越明确，也越来越具有可比性。只要能回答问题（3），也就回答了问题（2），解决了问题（1）。 这里实则是猜想：拉住月球使它围绕地球运动的力，与拉着苹果下落的力性质相同，这些力都遵循相同的规律。
2、讲授新课：（预计35分钟） （1）月——地检验（预计15分钟）
首先，要学生弄明白将要验证的是什么；其次，要学生弄明白为什么要验证的是这个；然后，要学生思考怎么样才能验证这个。
要验证的问题是：将某一物体分别放在地面附近和月球轨道上，检验物体在地面上不同高度受到地球作用力的大小是否满足1/602的关系。
为什么要验证的是这个：用同一物体或质量相同的两个物体，这样作用力的大小关系只由距离来决定，体现的是控制变量的思想。
如何才能验证这个？
教师提问：你能将这个物体放到38万公里高的地方，测出它受到地球对它的作用力吗？
设计这个问题的目的，是要学生通过思考、讨论，体会到：将这个物体放到38万公里高的地方不现实，至少牛顿那个时代的人做不到，也就是说，直接测量该物体在38万公里高度上受到的地球对它的作用力，不具有可操作性。 对于已经预习过的学生，肯定是知道要将之转化为加速度的关系来验证，可是怎样转化，正是本节的难点所在。
教师提问：假设地面附近有个苹果，其质量等于月球的质量，这样算不算是同一个物体分别放在地面附近和距离地面38万公里高的地方了呢？
设计这个问题的目的，是要学生体会到：换一个角度，多一条路；正所谓：山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村。
教师启发式提问：根据牛顿第二定律，物体的加速度由什么决定？ 教师引导学生思考：力的作用效果之一，就是使物体产生加速度，既然力的关系难以验证，那么我们就验证力的作用效果好了。我们知道地面附近的物体在
只受地球作用下做自由落体运动，而月球在地球的作用下做匀速圆周运动。
这样，问题就得到了转化。
教师提问：这两个加速度多大？它们满足1/60的关系吗？请你计算后说明。 设计这个问题的目的，是要学生通过分组讨论、计算、验证，用数据说明牛顿的猜想的正确性。（此验证，所用数据都是常识，不必教师给出。） 最后教师要指出：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，但牛顿当年是在椭圆轨道情形下证明了万有引力定律的。 这一步是要学生体会：更严格的证明，需要更高的数学水平。从而激发学生的求知欲望。
（2）万有引力定律（预计10分钟）
这部分内容实则是：进一步猜想、进一步推广。
鉴于万有引力定律的文字叙述、数学表达式、各个量的物理意义及单位、适用范围等，都不难理解，因此，这部分内容我就交给学生自学去了。
完了，我再交代：牛顿将太阳与行星间的引力规律，一步步推广至自然界中任何两个物体之间，是需要魄力、胆识和惊人的想象力的，物理学的许多重大理论的发现，不是简单的实验结果的总结，它需要直觉和想象力，大胆的猜测和严格的证明。
我这么一交代，是培养学生敢想敢做的意识，也就是培养学生的创新意识和实践意识。
（3）引力常量（预计10分钟）
教师提问：如果你是牛顿同时代的人，当你听说牛顿弄出来个什么“万有引力定律”，你能据此算出两个人之间的引力吗？请解决课后问题与练习1。 设计这个问题的目的，是要学生通过问题解决过程中出现的问题，而体会到两点：1、引力常量的测定是多么重要，没有引力常量G的值，万有引力定律是没有应用价值的，还只是停留在理论的层面；2、引力常量的测定难度之大，可以想象，在牛顿之后100年内，都没有人测定出来，从而为学生体会卡文迪许工作的重要性和难度之大打下伏笔。
教师提问：卡文迪许是怎样测量两个铅球之间的万有引力的呢？
这个问题，有时间的话呢，就展示【课件】幻灯片2，介绍卡文迪许的扭秤装置。没有时间的话呢，就不展开了，我就这么一问，只要学生心中一闪：是呀，这怎么测量呀？我的目的就达到了。
介绍完了引力常量G的值，教师还需指出：引力常量能够测定，本身就是对万有引力定律的一次证明。
教师提问：现在，我们有了较精确的引力常量G的值，那么，你能估算两个人之间的万有引力吗？请再次解决课后问题与练习1。
2
设计这个问题的目的，是要学生通过解决问题，体会两点：1、万有引力定律的应用方法，各量的物理意义；2两个人之间的万有引力有多小，卡文迪许通过测量两个铅球之间的万有引力而测定引力常量G有多难。
3、课堂小结（预计3—5分钟）
要求学生先独立整理本节内容，弄明白自己会了什么？还有什么不懂的？然后小组内讨论，共同解决还不懂的问题。
完了教师指出：本节内容，主要是两个猜想、两步推广和两次验证。 4、板书设计
我比较注重直观、系统的板书设计，他能体现教材中的知识点和课堂的教学进程，以便于学生能够理解掌握。
5、布置作业。
作业为：课后问题与练习2、3。这两题，都是直接应用万有引力定律的，其训练价值有两个：1、可加深学生对万有引力定律的理解，2、体会在宏观世界中万有引力起绝对的支配作用，而在微观世界中，万有引力是很微弱的。这为以后微观粒子所受万有引力的处理方法埋下伏笔。
万有引力理论的成就说课
一、教材分析
《万有引力理论的成就》是人教版高中新教材必修2第六章第4节，本节是接上节万有引力定律而来的，学生已经掌握万有引力定律的相关计算，在此基础上，运用万有定律，能测得各种天体的质量，为学生揭示了天体之间引力的关系，巩固了前面知识，也大大增强了学生学习物理的兴趣。根据新课标要求通过本节课教学要实现如下教学目标。 二、 教学目标
根据上述教材结构与内容分析，依据课程标准，考虑到学生已有的认知结构、心理特征 ，制定如下教学目标：
1、知识与技能
1）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； 3）理解并运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法。 2 、情感态度与价值观目标
1）培养学生认真严禁的科学态度和大胆探究的心理品质； 2）体会物理学规律的简洁性和普适性，领略物理学的优美；
3）通过介绍用万有引力定律发现未知天体的过程，使学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辩证唯物主义观点。
3、教学重点、难点
本着课程标准，在吃透教材、了解学生学习特点的基础上，我确立了如下的教学重点、难点。
重点：地球、太阳等中心天体质量的计算难点：根据已知条件求解天体质量。
三、教学方法
1、创设情景法，讨论法，推理法和分析归纳法。
2、多媒体辅助教学，主要PPT演示文稿以及图片，并辅以视频，多媒体作为教学辅助手段，使空洞的语言描述得以形象地展现，增强学生的感性认识。
3、建立模型，培养学生归纳总结建立模型的能力与方法，通过求解太阳，地球的质量，培养学生理论联系实际的运用能力。
四、教学过程
（引入新课）
回顾上节课学习的知识，很多同学可能是这样想的：万有引力定律不就是用来求解两个物体之间的引力的一个公式嘛。这里我要告诉大家的是，万有引力定律的发现有着重要的物理意义，我们都知道，是卡文迪许测出了万有引力常量，但大家不知道的是，卡文迪许把自己的实验又说成是“秤量地球的重量”。大家知道这是为什么吗？请大家一起来看看下面的公式推导。
1、迷人的科学
若不考虑地球自转的影响，地面上质量为m的物体所受的重力mg等于地球对物体的万有引力，则有mg=G
gr
G2Mmr2,其中M是地球质量，r是物体距地心的距离，即地球半径R，于是有grG2M==gR
G2，M==gR
G2。
引导学生阅读教材“天体质量的计算”部分的内容
【提问】应用万有引力定律求解天体质量的基本思路是什么?
2、计算天体的质量
1）M=v2r/G； 2）M=ω2r3/G；3）M=4π2r3/GT2
上述三种表达式分别对应在已知环绕天体的线速度v，角速度ω，周期T时求解中心天体质量的方法.以上各式中M表示中心天体质量，m表示环绕天体质量，r表示两天体间距离，G表示引力常量。
请同学们阅读课文“发现未知天体”部分的内容
【提问】应用万有引力定律除可估算天体质量外，还可以在天文学上有何应用？
3、发现未知天体
1）应用万有引力定律还可以用来发现未知的天体；
2）海王星、冥王星就是应用万有引力定律发现的。
4、能力提升
一艘宇宙飞船绕一个不知名的、半径为R的行星表面飞行，环绕一周飞行时间为T.求该行星的质量和平均密度.
解析：设宇宙飞船的质量为m，行星的质量为M.宇宙飞船围绕行星的中心做匀速圆周运动. 2π2MmG2=m()R RT
所以M=4πR
GT223
又v=
所以 43πR 3
ρ=M
V=3π
GT2
5、总结归纳
让学生概括总结本节的内容。
【作业】书面完成课本43页“问题与练习”中1、3题。
五、板书设计
一 科学真是迷人
二、计算天体的质量
1、公式推导
2、计算天体的质量表达式
三、发现未知天体
宇宙航行说课
一、指导思想
改变学习方式，培养自主学习的能力。要改变以教师讲授、课堂灌输为基础，劳动强度大、效率低的传统教学模式，向素质教育、创新教育转变，其关键就是要改变学生的学习方式，由过去的“教”为中心，向“学”为中心转变，培养学生自我建构新知识的能力、自主学习的能力。
课程标准；会计算人造地球卫星的环绕速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。 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。
二、背景分析
1．教材分析（地位和作用）
（1）知识特点：人造卫星是高一新教材第六章万有引力定律中的第五节课的内容，新教材的编排与原教材相比，稍有变动：删掉了原材料中的“人造卫星的应用”和“航天技术的发展”的内容；加入了。新教材针对高一学生的基础和接受能力，删减了部分内容，重点突出了“宇宙速度”的教学，并加强了逻辑的严密性。
（2）知识地位：人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。教材不但介绍了
人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。因此，本节课是“万有引力定律”中的重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。
（3）教学内容在以学科为中心的传统教材中，具有很大的局限性，而且“人造卫星”是一个动态的知识体系，是随时间在不断的发展、变化的，而教材内容在这一方面又是相对陈旧、滞后的。为实现教学内容与学科发展的同步可组织一些课后调研活动。
2、学生分析
从学生年龄特征来看，学生处于高一年级，大多是90年出生，17岁已经对本节知识有一定的接受能力，但比较起成年人来还不及，尤其是对知识体系条理性掌握，对易混淆知识的辨别能力还欠缺。从学生的知识基础来看，本节与第六章息息相关，不同水平的学生学起来认知程度不一样。从认知特点及思维规律来看，学生容易接收表象、浅显的知识，不易接收推理性强、易混淆的知识。
3．教学重、难点
教学重点：（1）第一宇宙速度的推导. （2）运行速率与轨道半径之间的关系
教学难点：运行速率与轨道半径之间的关系
4、教学目标确立
（1）知识目标
①了解人造卫星的有关知识；
②知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度；
③了解同步卫星的运行周期和轨道半径；
④知道人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器进入轨道后，其中物体发生失重现象的原因。
（2）能力目标
① 通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，逐步提高学生用学过的知识分析和解决新问题的能力；
②培养学生的适应能力、应变能力与解决实际问题的能力。
（3）德育目标
①树立理论联系实际的思想观念，理解科学技术与社会的互动关系，培养科学的民主意识；②通过学习我国卫星技术的发展情况，增强学生的爱国主义思想和民族自豪感； ③培养团结协作的精神。
5、教和学的方法
本节课采用探究式、讨论式教学方法为主，同时采用讲解法和谈话法辅助学生学习。从学法指导来看，现代教育对受教育者的要求不仅是学到了什么，更主要的是学会怎样学习。在本节课，应该教育学生如何根据教学要求发现问题和自主探索、解决问题的方法。
三、教学过程设计
活动程序
教师活动(主导地位)
学生活动(主体地位)
情景导入
在科学技术欠发达的古代，“嫦娥奔月”只能是美丽的传说；1957年10月4日，前苏联成功地发射了第一颗人造地球卫星，从而开创了人类的航天新纪元；1961年4月12日，前苏联成功地发射了第一艘“东方号”载人飞船 ，揭开了人类进入太空的序幕；1969年7月20日，美国“阿波罗”11号飞船的登陆舱降落在月球附近的静海区，首次实现了人类登上月球的理想……人类进入了航天时代。这节课我们就来学习人造地球卫星方面的基本知识。
自主探究
复习性提问，提出问题：根据前面学习的知识，同学们请思考：
人造地球卫星和“东方号”载人飞船绕地球做什么运动？
做匀速圆周运动需要什么力？
卫星在绕地球运动时受哪些力的作用？
交流协作
安排学生带着下面的问题看书，并分组探究下面问题的答案。
牛顿对人造地球卫星是如何理解的?
卫星做匀速圆周运动的向心力由什么力提供？
根据上面问题我们可以得到什么样的表达式？
根据上面得到的表达式，可以得到
看宇宙速度的相关内容，思考下列问题：
如果卫星是在地球表面，它的运行速度是多少？这个速度叫做什么?
怎么推导出来的？（
这个速度的物理意义是什么?
在地面附近发射飞行器，如果它的速度大于7.9km/s会怎么样呢？
什么是第二宇宙速度?数值是多少?有什么物理意义?
什么是第三宇宙速度?数值是多少?物理意义是什么?
人造卫星的发射速度与环绕速度是一回事吗?二者有什么区别?
根据得到的环绕速度的表达式，地球卫星的运行速率和轨道半径有什么关系?
如何理解“第一宇宙速度是最小发射速度和最大环绕速度”？
地球同步卫星：
什么是地球同步卫星?
“同步”的含义是指什么?
地球同步卫星的有何特点?能不能确定? ） 的表达式是什么？
离心运动和向心运动的条件是什么？
怎样才能让地球同步卫星向高轨道运行（离心运动）？
通过学习，你认为分析卫星变轨问题的关键是什么？
让学生互相交流，总结出正确答案，必要时可适当采用讲解法。
教学评价
（评价原则：自主性，综合性，多向性，全程性
纬度：情感、能力、协作合作、操作技能）
借助于总结学生答题情况，并对学生问题较集中的题目，进行适当的提示或评价。
通过学案的“自我测评”来进行自我测评，了解自己课堂学习效率如何，有疑问的可以集中解决，做到有的放矢。
总结建构
布置作业
根据学生自学、讨论及成果展示情况，引导学生总结知识结构体系，建构知识框架；布置作业。
在教师的引导下，梳理知识结构，构建知识网络；完成课后作业。
四、教学设计体会
采用探究式、讨论式教学方法进行教学有以下几点优势：
1．拓展教材内容，增加教学容量。
新教材的编排与原教材相比，稍有变动，在“宇宙速度”讲解时引入了“发射速度”与“环绕速度”的区别，在讲解卫星的变轨问题时，借助地球同步卫星的变轨发射讲解，拓展了教学内容。
2．提高学习兴趣，突出自主学习
本节课的内容与生活、科技息息相关，对学生具有很大的吸引力。加之让学生进行探究、讨论学习本节课，更加能够提高学生学习的积极性。结论的得出是学生自己努力的结果，既突出了自主学习，又增强了学生的学习成就感，起到了积极作用。
3．改变知识获得的渠道，促进教师职能的转变
采用探究式、讨论式教学方法进行教学改变了以前学生被动获得知识的方式，变为学生通过在老师的指导下互相合作交流主动获得知识。教师和学生的角色作用变得更加合理。教师与学生之间是一种平等协作的关系，这也为建立和谐民主的教学氛围奠定了基础。 总而言之，本节课的教学设计有三个：
1、学生在课堂中占主体地位。
2、学生获得知识的方式得到转变。
3、教师的角色转变为学生学习的指导者和学习过程的组织者。
经典力学的局限性
一、教材分析；
全章的终结性内容，也是介绍性质的内容。教学过程的设计思路从低速到高速、从宏观到微观、从弱引力到强引力三个领域的发展过程介绍经典力学的局限性。都不要求学生掌握，安排这些内容的着眼点都在展示科学探究的无限可能，使教科书在情感、态度与价值观方面发挥它的教育功能。
二、教 学 目 标
知识与技能
1．知道牛顿运动定律的适用范围．
2．了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用．
3.知道质量与速度的关系，知道高速运动中必须考虑速度随时
过程与方法
通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完善和补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的．
情感、态度与价值观
通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神．
三、教学重点、难点
教学重点
牛顿运动定律的适用范围
教学难点
高速运动的物体，速度和质量之间的关系．
四、教 学 方 法
探究、讲授、讨论、练习
五、教 学 手 段
教具准备
录像资料，多媒体课件
六、教 学 活 动
[新课导入]
1、自从17世纪以来，以牛顿运动定律为基础的经典力学不断发晨，如：在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中取得了哪些巨大的成就？
2、经典力学在科学研究和生产技术中有了哪些广泛的应用？
3、经典力学也不是万能的，像一切科学一样，它没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性．它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交响曲”．那么经典力学在什么范围内适用呢?有怎样的局限性？
[新课教学]
一、从低速到高速
(展示问题)
师：请同学们阅读教材“从低速到高速”部分．回答低速与高速的概念、质速关系、速度合成与两个公设．
生：低速到高速的概念，通常所见的物体的运动皆为低速运动，如行驶的汽车，发射的导弹、人造卫星及宇宙飞船等．有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速．
质速关系是：在经典力学中，物体的质量是不变的，但爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的质量随速度的增大而增大，即
其中Db为静止质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速．
例如：(1)v＝0．8c时，物体的质量约增大到静止质量的1．7倍，这时经典力学就不再适用了．
(2)如地球以v＝30km／s的速度绕太阳公转时，m=l 010 lOlmo，它的质量增大十分微小，可以忽略不计．
速度合成与两个公设．一条河流中的水以相对河岸的速度v水岸流动，河中的船以相对于河水的速度v船水顺流而下．在经典力学中，船相对于岸的速度即为v船岸=v船水+v水岸
经验告诉我们，这简直是天经地义的．但是，仔细一看，这个关系式涉及两个不同的惯性参考系，而速度总是与位移(空间长度)及时间间隔的测量相联系．在牛顿看来，位移和时间的测量与参考系无关，正是在这种时空的观念下，上式才成立．然而，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量在不同的参考系中是不同的，因而上式不能成立，经典力学也就不再适用了．
(1)相对性原理：物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式．
(2)光速不变原理：在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速„都一样． 师：经典力学是适用于低速运动的物体还是适用于高速运动的物体呢?
生：适用于低速运动的物体．
师：阅读教材科学漫步部分，体会时间和空间是什么．
生：时间与空间并没有讲清时间与空间的问题，只是提出问题，激励我们对未来的探索．
二、从宏观到微观
师：请同学们阅读教材“从宏观到微观”部分，并说明经典力学是适用于宏观物体还是微观物体。
生：19世纪末到20世纪初，人们相继发现了电子、质子、中子等微观粒子，发现它们不仅具有粒子性，面且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述．
20世纪20年代，建立了量子力学，它能够正确地描述微观粒子运动的规律性，并在现代科学技术中发挥了重要作用．
经典力学一般不适用于微观粒子．
师：相对论和量子力学的出现，是否表示经典力学失去了意义?
生：相对论和量子力学的出现，说明人类对自然界的认识更加广泛和深入，而不表示经典力学失去了意义．它只是使人们认识到经典力学有它的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动，只适用于宏观世界，不适用于微观世界。
三，从弱引力到强引力
(展示问题)
师：请同学们阅读教材“从弱引力到强引力”部分，并回答问题：何为弱引力?何为强引力?
生：万有引力属于弱引力．利用万有引力定律可以解释天体的运动，并预言和发现了海王星和冥王星，首次把天上的星体运动规律与地面物体的运动规律统一起来．
爱因斯坦引力理论表明，当天体半径减小到一定程度时(太阳的引力半径为3 km，地球的引力半径为1 m)，天体间的引力就趋于无穷大．
[讨论与交流)
(展示问题)
(1)实际的天文观测，行星的运行轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断地旋进．经典力学的解释令人满意吗?用什么理论来圆满地进行了解释?(投影)
生：按牛顿的万有引力定律推算，行星的运动应该是一些椭圆或圆，行星沿着这些椭圆或圆做周期性运动，与实际观测结果不符．经典力学也能作出一些解释，但是，水星旋进的实际观测值比经典力学的预言值多．经典力学的解释不能令人满意．
爱因斯坦根据广义相对论计算出水星近日点的旋进还应有43‟的附加值，同时还预言了光线在经过大质量的星体附近时，如经过太阳附近时会发生偏转现象．并且都被观测证实．
(2)何为天体的引力半径?
生：假定一个球形天体的质量不变，并通过压缩减小它的半径，天体表面上的引力将会增加，当引力趋于无穷大时，被压缩天体半径接近的值——“引力半径”．
只要天体的实际半径远大于它们的引力半径，那么爱因斯坦和牛顿的理论计算出的力的差异并不很大．但当天体的实际半径接近引力半径时，这种差异将急剧增大．这就是说，在强引力的情况下，牛顿的万有引力理论将不再适用．
对于这样的科学发展过程，英国剧作家萧伯纳曾诙谐地说，„科学总是从正确走向错误．”这种调佩倒也不失为一种幽默的表述．
(3)历史上的科学成就与新的科学成就的关系是什么?
生：历史上的科学成就不会被新的科学成就所否定，而是作为某些条件下的局部情形，被包括在新的科学成就之中．如：当物体的速度远小于光速c(3X108m／s)时，相对论与经典理论的结论没有区别；当另一个重要常数即“普朗克常数”h(6．63X10-34J•s)可以忽略不计时．量子力学和经典力学的结论没有区别．相对论和量子力学都没有否定过去的科学，面只认为过去
的科学是自己在一定条件下的特殊情形．
(例11以牛顿运动定律为基础的经典力学，在科学研究和生产技术中有哪些应用? 参考答案：经典力学在科学研究和生产技术中有广泛的应用．经典力学与天文学相结合建立了天体力学；经典力学和工程实际相结合，建立了应用力学，如水利学，材料力学、结构力学等．从地面上各种物体的运动到天体的运动：从大气的流动到地壳的变动：从拦柯筑坝、修建桥梁到设计各种机械；从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动，从投
出篮球到发射导弹、卫星、宇宙飞船等等，所有这些都服从经典力学规律．
(例2)以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是什么?
参考答案：经典力学只适用于解决低速运动问题，不能用来处理高速运动问题，经典力学只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子：经典力学只适用于解决弱引力问题，不能用来处理强引力问题．
[课堂训练]
1．20世纪初，著名物理学家爱因斯坦提出了 ，改变了经典力学的一些结论．在经典力学中，物体的质量是 的，而相对论指出质量随着速度变化而
2．20世纪初期，建立了 ，它能够正确地描述微观粒子的运动规律．
3．经典力学只适用于解决 问题，不能用来处理——问题，经典力学只适用于物体，一般不适用于 ．
4．微观粒子的运动不仅具有 性．同时具有波动性．它们的运动规律很多情况下不能用经典力学来说明．要增强正确描述微观粒子的运动规律，需要用 ．
5．牛顿运动规律只适用于 物体的运动，狭义相对论阐述物体在以 的速度运动时所遵从的规律．
参考答案
1．狭义相对论 固定不变 变化
2．量子力学
3．低速运动 高速运动 宏观 微观粒子
4．粒子 量子力学
5．宏观、低速 接近光速
[小结]
本节学习了经典力学的局限性：
(1)从低速到高速：在经典力学中，物体的质量m是不随运动状态改变的，而狭义相对论指出，质量要随着物体的运动速度的增大而增大．即
(2)从宏观到微观：相对论和量子力学的出现，并不说明经典力学失去了意义．只说明它有一定的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界．
(3)从弱引力到强引力：相对论物理学与经典物理学的结论没有区别．相对论与量子力学
都没有否定过去的科学，而只是认为科学在一定条件下有其特殊性．经典力学只适用于弱引力，不适用于强引力．