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2019 人教版高中物理必修第二册《第七章 万有引力
与宇宙航行》大单元整体教学设计[2020 课标]
一、内容分析与整合
二、《普通高中物理课程标准(2017 年版 2020 年修订)》分解
三、学情分析
四、大主题或大概念设计
五、大单元目标叙写
六、大单元教学重点
七、大单元教学难点
八、大单元整体教学思路
九、学业评价
十、大单元实施思路及教学结构图
十一、大情境、大任务创设
十二、单元学历案
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十三、学科实践与跨学科学习设计
十四、大单元作业设计
十五、“教-学-评”一致性课时设计
十六、大单元教学反思
一、内容分析与整合
(一)教学内容分析
《第七章 万有引力与宇宙航行》是高中物理必修第二册中的重要章节,它
不仅深化了学生对力学概念的理解,还拓展了学生的宇宙观。本章内容涵盖了
行星的运动规律、万有引力定律、万有引力理论的成就、宇宙航行的基础知识
以及相对论时空观与牛顿力学的局限性等多个方面。通过这些内容的学习,学
生不仅能够掌握万有引力定律这一重要物理规律,还能理解其在天文学和航天
技术中的应用,同时培养学生的科学思维能力和探索宇宙奥秘的兴趣。
行星的运动:学生将学习开普勒三定律,了解行星绕太阳运动的轨道特性,
以及行星运动的速度与距离太阳远近的关系。这部分内容有助于学生建立对天
体运动的初步认识,为后续学习万有引力定律打下基础。
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万有引力定律:万有引力定律是本章的核心内容,学生将学习牛顿是如何
从开普勒定律出发,结合自己的运动定律推导出万有引力定律的。学生将掌握
万有引力定律的公式,理解其物理意义,并学会运用定律解决实际问题。
万有引力理论的成就:通过学习万有引力定律的应用,学生将了解如何利
用万有引力定律“称量”地球的质量,以及如何通过观测天体的运动来发现未
知天体。这部分内容将展示万有引力定律的强大威力,增强学生对物理学的兴
趣和信心。
宇宙航行:宇宙航行是人类探索宇宙的重要手段,学生将学习宇宙速度的
概念,了解人造地球卫星、地球同步卫星以及载人航天的基本知识。这部分内
容将拓宽学生的视野,激发他们对宇宙探索的热情。
相对论时空观与牛顿力学的局限性:随着物理学的发展,人们逐渐认识到
牛顿力学的局限性。学生将学习相对论时空观的基本思想,了解高速运动物体
的长度收缩效应和时间延缓效应,以及相对论对牛顿力学的修正。这部分内容
将培养学生的科学思维能力,使他们认识到科学理论是不断发展的。
(二)单元内容分析
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行星的运动
开普勒三定律:开普勒三定律是描述行星绕太阳运动的基本规律。第一定
律指出行星绕太阳运动的轨道是椭圆,太阳位于椭圆的一个焦点上;第二定律
指出行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等;第三定律指出所有行
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都相等。这些定律不
仅揭示了行星运动的规律,还为万有引力定律的发现提供了重要线索。
行星运动的物理本质:行星绕太阳运动实际上是受到太阳引力的作用,这
种引力提供了行星 做 圆周运动所 需 的 向 心力。通过分析行星运动的物理本质,
学生 可 以 加 深对万有引力定律的理解。
万有引力定律
万有引力定律的推导:牛顿从开普勒定律出发,结合自己的运动定律,推
导出了万有引力定律。这个推导过 程 不仅展示了牛顿的科学思维方 法 ,还体现
了物理学中理论推导与实 验验证 相结合的科学 精神 。
万有引力定律的公式与应用:万有引力定律的公式为 F=G m 1 m 2
r
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,其中 F
为 两 物体 之 间的引力, G 为万有引力 常 量, m1 和 m2 为 两 物体的质量, r 为 两
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物体 之 间的距离。学生将学会运用这个公式解决实际问题,如 计算 天体 之 间的
引力、称量地球的质量等。
万有引力理论的成就
“ 称量”地球的质量:通过测量地球 表 面的重力 加 速度和地球的半 径 ,结合
万有引力定律, 可 以 计算 出地球的质量。这个过 程 不仅展示了万有引力定律的
应用 价值 ,还培养了学生的实 验 能力和 数据处 理能力。
发现未知天体:利用万有引力定律和天体的观测 数据 , 可 以 计算 出未知天
体的轨道和位 置 。这个过 程 不仅展示了天文学 家 的 智慧 ,还激发了学生对宇宙
探索的兴趣。
宇宙航行
宇宙速度:宇宙速度是描述物体绕地球 或逃 离地球所 需 的 最小 速度。学生
将学习第一宇宙速度( 环 绕速度)、第二宇宙速度( 逃逸 速度)和第三宇宙速
度( 飞 离太阳系的速度)的概念和 计算 方 法 。
人造地球卫星与载人航天:学生将了解人造地球卫星的基本类 型 和用 途 ,
以及载人航天的 历史 和发展现 状 。这部分内容将拓宽学生的视野,增强他们对
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航天技术的认识和理解。
相对论时空观与牛顿力学的局限性
相对论时空观的基本思想:相对论时空观认为时间和空间是相对的,它们
的测量结 果 与观 察者 的运动 状态 有关。学生将学习长度收缩效应和时间延缓效
应的概念和 计算 方 法 ,以及相对论对牛顿力学的修正。
牛顿力学的局限性:牛顿力学在描述 宏 观 低 速物体的运动时 非常准确 , 但
在描述高速运动物体 或微 观 粒子 的运动时 则存 在局限性。学生将了解牛顿力学
的 适 用 范围 和局限性,以及相对论和量 子 力学等现 代 物理理论的发展。
(三)单元内容 整 合
在 整 合本章内容时,应 注 重以下 几 点:
注 重知识的连 贯 性:本章内容从行星的运动规律出发,逐步推导出万有引
力定律,并展示其在天文学和航天技术中的应用。在教学过 程 中,应 注 重知识
的连 贯 性, 帮 助学生建立 完整 的知识体系。
注 重理论与实 践 的结合:本章内容 既涉 及理论推导, 又涉 及实 验验证 和实
际应用。在教学过 程 中,应 注 重理论与实 践 的结合,通过实 验 和 案例 分析等方
式 加 深学生对物理概念的理解。
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注 重科学思维的培养:本章内容 涉 及科学 史 上的重要发现和理论推导过 程 ,
这些过 程 都是科学思维的 典范 。在教学过 程 中,应 注 重培养学生的科学思维能
力,引导他们学会运用科学思维方 法 解决问题。
注 重情 感态 度与 价值 观的培养:本章内容 涉 及人类对宇宙的探索和认知过
程 ,这些过 程 都 蕴含 着 丰富 的情 感态 度与 价值 观。在教学过 程 中,应 注 重培养
学生的探索 精神 、 创新 意识和 团队 合作 精神 等情 感态 度与 价值 观。
二、《普通高中物理课程标准( 2017 年版 2020 年修订)》分解
(一)物理观念
形 成物质观念
学生应理解物质是 由 分 子 、 原子 等基本 粒子构 成的,这些基本 粒子之 间 存
在着相 互 作用力。在万有引力定律的学习中,学生将了解物体 之 间的引力作用
是如何通过万有引力 常 量 G 和质量 m 来描述的。
学生应理解物质的运动是 遵循 一定规律的。在行星的运动学习中,学生将
了解行星绕太阳运动的轨道特性以及速度 变 化规律;在宇宙航行的学习中,学
生将了解人造地球卫星和载人航天的运动规律。
形 成运动与相 互 作用观念
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学生应理解物体 之 间的相 互 作用力是如何 影响 物体运动的。在万有引力定
律的学习中,学生将了解万有引力是如何提供行星 做 圆周运动所 需 的 向 心力的;
在宇宙航行的学习中,学生将了解 飞船 在发 射 和运行过 程 中受到的 各 种力的作
用。
学生应理解运动是相对的,其描述方式与观 察者 的运动 状态 有关。在相对
论时空观的学习中,学生将了解长度收缩效应和时间延缓效应的概念和 计算 方
法 ,以及它们如何 影响 对物体运动的描述。
形 成能量观念
学生应理解能量是物质运动的一种量度,其 形 式 可 以相 互 转化。在宇宙航
行的学习中,学生将了解 飞船 在发 射 和运行过 程 中能量的转化过 程 ,如化学能
转化为 机械 能、 机械 能转化为 电 能等。
学生应理解能量 守恒 定律是自 然界 的基本定律 之 一。在万有引力定律的学
习中,学生将了解如何利用万有引力定律和能量 守恒 定律来 计算 天体 之 间的引
力 势 能。
(二)科学思维
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模型 建 构
学生应学会运用 模型 建 构 的方 法 来描述和解 释 物理现 象 。在行星的运动学
习中,学生 可 以将行星绕太阳的运动 看 作 匀 速圆周运动 模型或 椭圆运动 模型 ;
在宇宙航行的学习中,学生 可 以将 飞船 的运动 看 作质点运动 模型或刚 体运动 模
型 。
学生应学会 根据 实 验数据 和观测结 果 来修正和 完善 物理 模型 。在万有引力
定律的学习中,学生 可 以通过实 验 测量万有引力 常 量 G 的 值 来 验证 和 完善 万有
引力定律的 模型 。
科学推理
学生应学会运用科学推理的方 法 来解决问题。在万有引力定律的学习中,
学生 可 以通过推理 得 出万有引力定律的公式;在宇宙航行的学习中,学生 可 以
通过推理 计算 出 飞船 发 射 所 需 的 最小 速度( 即 第一宇宙速度)。
学生应学会运用 逻辑 分析和 数 学方 法 来推导物理公式和解决问题。在相对
论时空观的学习中,学生 可 以通过 逻辑 分析和 数 学推导来 得 出长度收缩效应和
时间延缓效应的公式。
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科学论 证
学生应学会运用实 验 和观测 数据 来论 证 物理理论的正 确 性。在万有引力定
律的学习中,学生 可 以通过实 验 测量物体 之 间的引力来 验证 万有引力定律的正
确 性;在宇宙航行的学习中,学生 可 以通过观测天体的运动来 验证 万有引力定
律在天文学中的应用。
学生应学会运用科学论 证 的方 法 来 表达 自己的观点和解 释 物理现 象 。在相
对论时空观的学习中,学生 可 以通过科学论 证 来解 释 长度收缩效应和时间延缓
效应的物理意义和应用 价值 。
质 疑创新
学生应学会对 已 有的物理理论和实 验 结 果 提出质 疑 并 进 行 创新 思 考 。在万
有引力定律的学习中,学生 可 以思 考 万有引力定律是 否适 用于所有物体 之 间的
引力作用;在宇宙航行的学习中,学生 可 以思 考 是 否 有 更 高效的航天推 进 方式。
学生应学会运用 创新 思维来解决问题和提出 新 的物理理论。在相对论时空
观的学习中,学生 可 以思 考 相对论时空观是 否适 用于所有物理现 象 ,并 尝试 提
出 新 的物理理论来解 释 相对论时空观 无法 解 释 的物理现 象 。