物理教學設計是指：為了實現一定教學目標，依據物理課程內容主題、學生特徵和環境條件，運用教與學的原理，為學生策劃學習資源和學習活動的過程。教學設計與備課是有明顯區別的，備課主要是基於教師的經驗，側重於計劃自己在課堂上“講什麼”和“如何講”，而教學設計是在現代教育理論指導下，為了促進學生學習和發展而設計的解決教與學問題的一套系統化程序。
附件1：中學物理教學設計評比標準（試行）
要素
內容
權重
體現基礎教育課程改革理念
課題的三維教學目標的確定和落實，教學行為和學習方式的轉變，現代教學媒體的恰當運用，新的評價方法和理念的體現，等等
35
符合設計規範
運用教學設計模式和操作規範設計方案，體現物理教學特點，所設計的教學過程及其依據表述清晰
25
原創與特色
對物理問題的處理、教學過程、情境的創設等有原創性的設計
20
實踐中可行
具有較強的操作性，能切實提高教學效率和效果，對教學實踐有較大的實用價值。設計的方案有教學實踐的檢驗，有教學反思，反思中表明本設計的特色或亮點
20
總分
100
附件2：教學設計方案的規範（供參考）
要素
內容
學習任務分析
根據學習任務分析的理論，分析學習任務的類型和結構層次，並確定教學的重點和難點。
學習者分析
主要分析學習準備狀態（包括已有的知識與技能、過程與方法、情感態度和態度）、學習風格、學習動機和焦慮等。
教學目標闡明
根據學習任務分析和學習者分析，正確、規範地闡明教學目標。要求教學目標的主要要素含義明晰，行為動詞正確、規範。
教學過程分析和設計與教學策略制定
根據教學過程分析的基本要素和中學物理學科教學的特點，分析並確定教學過程。依據學習任務分析、學習者分析、教學目標的闡明和教學過程的分析，合理確定學習方式、安排教學順序、恰當選用教學組織形式、有效運用教學方法。
教學媒體運用
合理選擇教學媒體，並闡明教學媒體在教學中的使用方式。
教學設計的形成性評價
準確體現形成性評價的功能
説明：
1、全部教學過程的闡述要簡明，要求表明具體的教學流程和教學策略的主要內容，教學流程圖的製作規範。教學過程提倡採用敍述與流程圖相結合的方法闡明，也可以用敍述和恰當的表格闡明。不能用完全預設的師生一問一答的對白式敍述。
2、全文字數一般在3~5千字。
3、為便於匿名評比，作者姓名、單位名、通訊地址及聯繫方式另紙打印，作封面裝訂。
附件3：報送參賽作品一覽表
報送單位（蓋章）： 報送時間：
序號
國中
或
高中
課題
作者情況
備註
姓名
性別
年齡
職務職稱
工作單位
教學設計思路：
本節課要求學生會計算人造衞星的環繞速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。本節是第五節，萬有引力定律、圓周運動、天體運動都已經講過，從知識上講學生運用牛頓第二定律直接推導出衞星的速度並不是一件困難的事情。實際上學生遇到衞星問題時總是感到困難和無從下手。究其根源是因為學生對地球、衞星的空間關係不清楚，學生無法從自己站立的一個小小的角落體會巨大空間中發生的事情。因此，用各種視頻、課件和圖片幫助學生建立空間的概念是十分必要的，有了空間的圖景，對問題的認識和思考就有了依託。所以，本節課我使用了大量的圖片和視頻來模擬、展示，讓學生有比較深刻的感性認識。
設計理念
通過對前幾節知識的學習，學生對曲線運動的特點、萬有引力定律已有一定的瞭解。在此基礎上，教師通過設計問題情境，引導學生探究，獲得新知識。重視科學跟生活、跟社會的聯繫，讓學生體會物理學就在身邊。體會生活質量與物理學的依存關係，體會科學是迷人的、是改變世界的神奇之手。
學情分析：
儘管學生對天體運動的知識儲備不足，猜想可能缺乏科學性，語言表達也許欠妥，但只要學習始終參與到學習情境中，激活思維，大膽猜想，敢於表達，學生就能得到發展和提高。
教學目標 ：
一、知識與能力
瞭解人造衞星的發射與運行原理，知道三個宇宙速度的含義，會推導第一宇宙速度。
瞭解人造衞星的運行原理，認識萬有引力定律對科學發展所起的作用，培養學生科學服務於人類的意識。
二、途徑與方法
學習科學的思維方法，發展思維的獨立性，提高發散思維能力、分析推理能力和語言表達能力。
三、情感態度與價值觀
在主動學習、合作探究的過程中，體驗愉悦的學習氛圍，在探究中不斷獲得美的感受不斷進步。
學習科學，熱愛科學，增強民族自信心和自豪感。
教學準備：
多媒體電腦及圖片。
教學重點難點：
重點：
1.第一宇宙速度的推導。
2.運行速率與軌道半徑之間的關係
難點：
沿橢圓軌道運行的衞星按照圓周運動處理，衞星的環繞速度是最小發射速度。
教學過程：
教師活動
教學內容
學生活動
引入新課
展示新聞和圖片
1957 年 10 月 4 日，前蘇聯成功地發射了第一顆人造地球衞星，從而開創了人類航天的新紀元。
1961 年 4 月 12 日，前蘇聯成功地發射了第一艘“東方號”載人飛船，尤里 · 加加林成為第一位航天員，揭開了人類進入太空的序幕。
人類進入了航天時代。這節課我們就來學習人造地球衞星方面的基本知識。
看屏幕
聽講解
§ 6.5 宇宙航行
進行新課
問：離地面一定高度的物體以一定的初速度水平射出，由於重力作用，物體將做平拋運動，即最終要落回地面。但如果射出的速度增大，會發生什麼情況呢？
思考
演示牛頓設想原理圖
一、人造地球衞星 由於拋出速度不同，物體的落點也不同。當拋出速度達到一定大小，物體就不會落回地面，而是在引力作用下繞地球旋轉，成為繞地球運動的人造衞星。
那麼，速度多大時，物體將不會落回地面而成為繞地球旋轉的衞星呢？
觀察、分析
引導學生討論
展示課件並講解
二、宇宙速度
【板書】 1. 第一宇宙速度 ( 環繞速度 ) v1＝ 7.9km/s
請學生根據所學知識，推導第一宇宙速度的另一種表達式： 推導：地面附近重力提供向心力， 所以 將 R＝6.37×106m , g＝9.8m/s2代入，求出第一宇宙速度仍為 7.9km /s. 如果人造地球衞星進入軌道的水平速度大於 7.9km /s，而小於 11.2km /s，它繞地球運動的軌道就不是圓，而是橢圓。當物體的速度等於或大於 11.2km /s時，物體就可以掙脱地球引力的束縛，成為繞太陽運動的人造衞星。所以， 11.2km /s 是衞星脱離地球的速度，這個速度叫作第二宇宙速度，也稱脱離速度速。
【板書】 2. 第二宇宙速度（脱離速度） v2＝ 11.2km /s
達到第二宇宙速度的物體要受太陽引力的束縛，要使物體掙脱太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間去，必須使它的速度等於或大於 16.7km /s，這個速度叫作第三宇宙速度，也稱逃逸速度。【板書】 3. 第三宇宙速度（逃逸速度） v3＝ 16.7km/s
【板書】4地球同步衞星。
人造地球衞星的種類很多，有一種特別的衞星叫地球同步衞星
（ 1 ）同步衞星的高度是確定的： h＝ 36000 km.
（ 2 ）理解同步衞星“同步”的意義。
（ 3 ）探究同步衞星的位置。
2.觀看視頻：同步衞星的軌道以及同步衞星的發射
.
討論並推導
觀察、思考
説明特點
瞭解衞星的發射和回收
視頻和圖片
鞏固練習
1. 一顆在圓形軌道上運行的人造地球衞星，軌道半徑為 r，它的線速度大小為 v，問 : 當衞星的軌道半徑增大到 2r 時，它的線速度是多大？重力變為原來的多少倍？
2. 天文台測得一顆衞星沿半徑為 R 的圓形軌道繞某行星轉動，週期為 T，求衞星的向心加速度和行星的質量。
課 題
經典力學的侷限性
課 型
新授課（2課時）
教 學 目 標
知識與技能
1.知道牛頓運動定律的適用範圍。
2.瞭解經典力學在科學研究和生產技術中的廣泛應用。
3.知道質量與速度的關係，知道高速運動中必須考慮速度隨時
過程與方法
通過閲讀課文體會一切科學都有自己的侷限性，新的理論會不斷完善和補充舊的理論，人類對科學的認識是無止境的。
情感、態度與價值觀
通過對牛頓力學適用範圍的討論，使學生知道物理中的結論和規律一般都有其適用範圍，認識知識的變化性和無窮性，培養獻身於科學的時代精神。
教學重點、難點
教學重點
牛頓運動定律的適用範圍
教學難點
高速運動的物體，速度和質量之間的關係。
教 學 方 法
探究、講授、討論、練習
教 學 手 段
教具準備
錄像資料，多媒體課件
教 學 活 動
[新課導入]
師：自從17世紀以來，以牛頓運動定律為基礎的經典力學不斷髮晨，如：在宏觀、低速、弱引力的廣闊領域，包括天體力學的研究中取得了巨大的成就。經典力學在科學研究和生產技術中有了廣泛的應用，如，從地面物體的運動到天體的運動，從大氣的流動到地殼的變動，從攔河築壩、修建橋樑到設計各種機械；從自行車到汽車、火車、飛機等各種交通工其：從投出的籃球到發射火箭、人造衞星、宇宙飛船……從而證明了牛頓運動定律的正確性。但是，經典力學也不是萬能的，像一切科學一樣，它沒有也不會窮盡一切真理，它也有自己的侷限性。它像一切科學理論一樣，是一部“未完成的交響曲”。那麼經典力學在什麼範圍內適用呢？有怎樣的侷限性
呢？這節課我們就來了解這方面的知識。
[新課教學]
一、從低速到高速
(展示問題)
師：請同學們閲讀教材“從低速到高速”部分。回答低速與高速的概念、質速關係、速度合成與兩個公設。
生：低速到高速的概念，通常所見的物體的運動皆為低速運動，如行駛的汽車，發射的導彈、人造衞星及宇宙飛船等。有些微觀粒子在一定條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱為高速。
質速關係是：在經典力學中，物體的質量是不變的，但愛因斯坦的狹義相對論指出，物體的質量隨速度的增大而增大，即
其中Db為靜止質量，m是物體速度為v時的質量，c是真空中的光速。
例如：(1)v＝0.8c時，物體的質量約增大到靜止質量的1.7倍，這時經典力學就不再適用了。
(2)如地球以v＝30km/s的速度繞太陽公轉時，m=l 010 lOlmo，它的質量增大十分微小，可以忽略不計。
速度合成與兩個公設。一條河流中的水以相對河岸的速度v水岸流動，河中的船以相對於河水的速度v船水順流而下。在經典力學中，船相對於岸的速度即為v船岸=v船水+v水岸
經驗告訴我們，這簡直是天經地義的。但是，仔細一看，這個關係式涉及兩個不同的慣性參考系，而速度總是與位移(空間長度)及時間間隔的測量相聯繫。在牛頓看來，位移和時間的測量與參考系無關，正是在這種時空的觀念下，上式才成立。然而，相對論認為，同一過程的位移和時間的測量在不同的參考系中是不同的，因而上式不能成立，經典力學也就不再適用了。
(1)相對性原理：物理規律在一切慣性參考系中都具有相同的形式。
(2)光速不變原理：在一切慣性參考系中，測量到的真空中的光速‘都一樣。
師：經典力學是適用於低速運動的物體還是適用於高速運動的物體呢？
生：適用於低速運動的物體。
師：閲讀教材科學漫步部分，體會時間和空間是什麼。
生：時間與空間並沒有講清時間與空間的問題，只是提出問題，激勵我們對未來的探索。
二、從宏觀到微觀
師：請同學們閲讀教材“從宏觀到微觀”部分，並説明經典力學是適用於宏觀物體還是微觀物體。
生：19世紀末到20世紀初，人們相繼發現了電子、質子、中子等微觀粒子，發現它們不僅具有粒子性，面且具有波動性，它們的運動規律不能用經典力學描述。
20世紀20年代，建立了量子力學，它能夠正確地描述微觀粒子運動的規律性，並在現代科學技術中發揮了重要作用。
經典力學一般不適用於微觀粒子。
師：相對論和量子力學的出現，是否表示經典力學失去了意義？
生：相對論和量子力學的出現，説明人類對自然界的認識更加廣泛和深入，而不表示經典力學失去了意義。它只是使人們認識到經典力學有它的適用範圍：只適用於低速運動，不適用於高速運動，只適用於宏觀世界，不適用於微觀世界。
三，從弱引力到強引力
(展示問題)
師：請同學們閲讀教材“從弱引力到強引力”部分，並回答問題：何為弱引力？何為強引力？
生：萬有引力屬於弱引力。利用萬有引力定律可以解釋天體的運動，並預言和發現了海王星和冥王星，首次把天上的星體運動規律與地面物體的運動規律統一起來。
愛因斯坦引力理論表明，當天體半徑減小到一定程度時(太陽的引力半徑為3 km，地球的引力半徑為1 m)，天體間的引力就趨於無窮大。
[討論與交流)
(展示問題)
(1)實際的天文觀測，行星的運行軌道並不是嚴格閉合的，它們的近日點在不斷地旋進。經典力學的解釋令人滿意嗎？用什麼理論來圓滿地進行了解釋？(投影)
生：按牛頓的萬有引力定律推算，行星的運動應該是一些橢圓或圓，行星沿着這些橢圓或圓做週期性運動，與實際觀測結果不符。經典力學也能作出一些解釋，但是，水星旋進的實際觀測值比經典力學的預言值多。經典力學的解釋不能令人滿意。
愛因斯坦根據廣義相對論計算出水星近日點的旋進還應有43’的附加值，同時還預言了光線在經過大質量的星體附近時，如經過太陽附近時會發生偏轉現象。並且都被觀測證實。
(2)何為天體的引力半徑？
生：假定一個球形天體的質量不變，並通過壓縮減小它的半徑，天體表面上的引力將會增加，當引力趨於無窮大時，被壓縮天體半徑接近的值——“引力半徑”。
只要天體的實際半徑遠大於它們的引力半徑，那麼愛因斯坦和牛頓的理論計算出的力的差異並不很大。但當天體的實際半徑接近引力半徑時，這種差異將急劇增大。這就是説，在強引力的情況下，牛頓的萬有引力理論將不再適用。
對於這樣的科學發展過程，英國劇作家蕭伯納曾詼諧地説，‘科學總是從正確走向錯誤。”這種調佩倒也不失為一種幽默的表述。
(3)歷的科學成就與新的科學成就的關係是什麼？
生：歷的科學成就不會被新的科學成就所否定，而是作為某些條件下的局部情形，被包括在新的科學成就之中。如：當物體的速度遠小於光速c(3X108m/s)時，相對論與經典理論的結論沒有區別；當另一個重要常數即“普朗克常數”h(6.63X10-34J·s)可以忽略不計時。量子力學和經典力學的結論沒有區別。相對論和量子力學都沒有否定過去的科學，面只認為過去
的科學是自己在一定條件下的特殊情形。
(例11以牛頓運動定律為基礎的經典力學，在科學研究和生產技術中有哪些應用？
參考答案：經典力學在科學研究和生產技術中有廣泛的應用。經典力學與天文學相結合建立了天體力學；經典力學和工程實際相結合，建立了應用力學，如水利學，材料力學、結構力學等。從地面上各種物體的運動到天體的運動：從大氣的流動到地殼的變動：從攔柯築壩、修建橋樑到設計各種機械；從自行車到汽車、火車、飛機等現代交通工具的運動，從投出籃球到發射導彈、衞星、宇宙飛船等等，所有這些都服從經典力學規律。
(例2)以牛頓運動定律為基礎的經典力學的適用範圍是什麼？
參考答案：經典力學只適用於解決低速運動問題，不能用來處理高速運動問題，經典力學只適用於宏觀物體，一般不適用於微觀粒子：經典力學只適用於解決弱引力問題，不能用來處理強引力問題。
[課堂訓練]
1.20世紀初，物理學家愛因斯坦提出了 ，改變了經典力學的一些結論。在經典力學中，物體的質量是 的，而相對論指出質量隨着速度變化而
2.20世紀初期，建立了 ，它能夠正確地描述微觀粒子的運動規律。
3.經典力學只適用於解決 問題，不能用來處理——問題，經典力學只適用於物體，一般不適用於 .
4.微觀粒子的運動不僅具有 性。同時具有波動性。它們的運動規律很多情況下不能用經典力學來説明。要增強正確描述微觀粒子的運動規律，需要用 .
5.牛頓運動規律只適用於 物體的運動，狹義相對論闡述物體在以 的速度運動時所遵從的規律。
參考答案
1.狹義相對論 固定不變 變化
2.量子力學
3.低速運動 高速運動 宏觀 微觀粒子
4.粒子 量子力學
5.宏觀、低速 接近光速
[小結]
本節學習了經典力學的侷限性：
(1)從低速到高速：在經典力學中，物體的質量m是不隨運動狀態改變的，而狹義相對論指出，質量要隨着物體的運動速度的增大而增大。即
(2)從宏觀到微觀：相對論和量子力學的出現，並不説明經典力學失去了意義。只説明它有一定的適用範圍：只適用於低速運動，不適用於高速運動；只適用於宏觀世界，不適用於微觀世界。
(3)從弱引力到強引力：相對論物理學與經典物理學的結論沒有區別。相對論與量子力學
都沒有否定過去的科學，而只是認為科學在一定條件下有其特殊性。經典力學只適用於弱引力，不適用於強引力。
學 生 活 動
作 業
[佈置作業]
認真閲讀教材。認識到物理中的結論和規律一般都有其適用範圍，認識知識的變化性和無窮性，培養獻身於科學的時代精神。
[課外訓練]
閲讀教材83頁‘科學足跡’欄目中的短文《牛頓的科學生涯，，體會和學習牛頓獻身科學的精神。
板 書 設 計
6.經典力學的侷限性
一、從低速到高速 經典力學只適用於低速運動
二、從宏觀到微觀 經典力學只適用於宏觀物體
三、從弱引力到強引力 萬有引力定律只適用於弱引力
教 學 後記
教學過程
習提問
什麼叫做功的原理？
新課教學
板書課題後讓學生看書（從課文開頭看到第152頁倒數第3行，並邊看邊對照課本圖（修訂本）進行實驗（同桌的二人一組。此期間教師巡迴指導）。
提問
1.什麼叫做滑輪？
2.什麼叫做定滑輪？
使用定滑輪能否省力？能否省距離？能否省功？使用它有何好處？同時教師按照圖1進行演示。使學生清楚地看到：“動力作用點移動的距離s與物體上升高度h相等，使用定滑輪不能省力。”並能從功的原理方面認識使用定滑輪為什麼不省力。
3.什麼叫做動滑輪？
教師按圖2進行演示。使學生清楚地看出：“動力作用點移動的距離s是物體上升高度h的2倍。”能根據功的原理説明：“使用動滑輪雖不能改變力的方向，但可以省一半力。”
4.什麼叫做滑輪組？使用它有什麼好處？教師出示繞好的滑輪組和自制的滑輪組掛圖如圖。
5.接着讓學生討論各滑輪組分別由幾股繩承擔總重力(g)。然後，教師演示動力作用點移動的距離s與物體上升高度h間的關係（圖4）。使學生清楚地看到此圖為4股繩承重，s=4h。再把繩子從滑輪組上解脱2股，使之成為2股繩承重（如圖5），進行演示s與h的關係。演示表明：2股繩承重時，s=2h。告訴學生：同一根繩上各處受力都相等，所以滑輪組中各股繩受力都相等。然後問學生：拉力f與承重繩子股數n有何關係？繩子股數越多，拉力越小（當然這裏要説明不能無限制的增多動滑輪的個數……），而且是：幾股繩承重，力就是總重力的幾分之一。
至此，用圓盤測力計照圖6進行演示，測力計示數表明：拉力f＞
輪與繩之間都是有摩擦的！
例：一根繩子，最多隻能承受300牛頓的力，想用它提起1000牛頓的重物，繞成的滑輪組至少要幾股繩子承重？並畫出滑輪組的示意圖。
師生共同解答：設承重繩子股數為n，則
草圖：（主要教學生學會畫圖方法��從外向裏繞繩）
三、小結：略。
四、作業：略
五、板書設計
滑輪周邊有槽的小輪。
1.定滑輪：……。作用：不省力，但可改變力的方向（方便）。
2.動滑輪：……。作用：使用它可省一半力，但不改變力的方向。
3.滑輪組：……。好處：①省力；②既省力又改變力的方向。
小結：（滑輪…，定滑輪…，動滑輪…。）
六、作業：
書面：練習六的1、2、3。家庭：自制小滑輪、
練習畫圖
（提高題右圖物體勻速運動則拉力f為：①30牛頓；②100牛頓；③45牛頓；④150牛頓。
蒙田範文網