第三節 站在巨人的肩膀上【教學目標】1了解物理知識的一些現代應用所產生的非凡神奇； 2了解科學探究的主要環節；3了解物理學家的科學精神與偉大情懷；4培養學生關注科學前沿、具有可持續發展的意識和創新意識。 【重點難點】 重點：掌握科學探究方法的主要環節；難點：了解科學前沿的發展。【教學方法】觀察法 歸納法 討論法【教學準備】多媒體課件 掛圖【教學過程】一、復習鞏固：教師利用課件出現下列例題：1.物理學的發展可以劃分為哪幾個階段？2.各階段的代表人物？3.各階段代表人物的主要貢獻？一、導入新課：教師利用多媒體展示高科技成果圖片如下圖，讓學生感受最新科學技術成果。 教師介紹：人類已進入信息化時代，物理學的知識和研究方法已被廣泛應用到現代通信、交通、航天、材料及能源等領域。教師引導：看了剛才兩組圖片（圖片分別為：美國航天飛機、中國神州飛船、中國人太空漫步、美國探測器登陸火星；上海世博會“世博軸”、北京奧運會開幕式場景、中國殲十戰斗機、中國磁浮列車），有什么感受？學生討論交流談感受體會。教師引到：這些高科技成果的出現離不開物理學知識，這節課我們要了解什么是物理學？科學家怎樣通過科學探究發現規律？科學家給我們流下了怎樣的科學方法和科學精神？板書設計：第三節 站在巨人的肩膀上二、推進新課（一）知識園地碩果累累1、物理學體系的形成（1）教師引導學生閱讀教材了解物理學的定義。學生歸納總結：物理學就是研究自然界的物質、相互作用和運動規律的自然科學。板書設計：1、物理學體系的形成物理學：研究自然界的物質結構，物體間的相互作用和物體運動最一般規律的自然科學。2、物理學知識的應用1、教師引導學生閱讀教材了解物理學的知識和研究方法應用到了哪些領域。學生歸納總結：人類已經進入到信息化時代，物理學的知識和研究方法已被廣泛應用到現代通信、交通、航天、材料及能源等領域。2、教師利用多媒體分別介紹物理學的知識和研究方法在航天、顯微、激光、信息、超導等領域中的應用。（1）航天技術教師引導：航天技術的發展，人類不僅實現了飛翔之夢，而且還能登上月球、遨游太空，繼續探索浩瀚宇宙的秘密。1、教師利用課件介紹“旅行者1號”宇宙飛船教師介紹：旅行者1號的任務是探測木星和土星，在向著著兩顆大行星前進的過程中會被它們的引力拖曳，進入它們軌道。完成任務后，加速被拋射出去，速度微升。在經過木星和土星的加速后，這時它的速度就不會在提升了。相反它會被身后的太陽和行星等引力拖住，它們在引力場中動能不斷減小抵消引力做功。但是隨著旅行者1號飛得越來越遠，太陽等對它的影響越來越小。最后它會保持著固定的速度在漆黑的星際空間中”自由自在“的前進，這樣的速度和方向如果沒有意外，旅行者一號將會花上73600年的時間經過半人馬座比鄰星。2、教師利用課件展示旅行者1號宇宙飛船拍攝的土星照片，介紹土星。教師介紹：1980年11月13日，美國宇宙飛船“旅行者號”在距土星124.237公里處掠過土星。20日飛離土星區域，繼續在太陽系中飛行。這艘飛船重噸，利用原子能，不載人。它在土星附近飛行時自動發回了1萬多張關于土星以及它的環和衛星的彩色照片和各種數據。通過這次“旅行者1號”的實地探測，發現它比原來所知道的要復雜得多。在它的環平面內有數百條、甚至數千條大小不等的環，它們大多是 對稱的環繞著土星的。這次探測結果證明：土星環是由無數的微粒組成的，直徑為7.6厘米到米之間，它們以很大的速度圍繞著土星運轉。此外還發現這些微粒是導電體，并且能放出無線電訊號，其功率高達數百萬瓦。這一過程似乎同地球上產生的雷暴雨的過程相似。“旅行者1號”的探測還證明，土星衛星土衛六不像過去人們認為的那樣是太陽系里最大的衛星，它的直徑只有公里，而木星的衛星木衛三的直徑是公里，所以土衛六只好退居第二。3、教師利用課件介紹人類第一次登上月球的故事。教師介紹：人類第一次登月是在美國東部時間1969年7月20日下午4時17分42秒，阿姆斯特朗將左腳小心翼翼地踏上了月球表面，這是人類第一次踏上月球。 裝載著阿波羅11號的土星5號火箭于1969年7月16日13時32分在肯尼迪航天中心發射升空，12分鐘后進入地球軌道。在環繞地球一圈半后，第三級子火箭點火，航天器開始向月球航行4、教師利用課件介紹中國神舟飛船與“天宮一號”對接成功。教師介紹：天宮一號是中國第一個目標飛行器和空間實驗室，于2011年9月29日21時16分3秒在酒泉衛星發射中心發射。它的發射標志著中國邁入中國航 天“三步 走”戰略的第二步第二階段。 2011年11月3日凌晨順利實現與神舟八號飛船的對接任務。中國也由此成為世界上第三個自主掌握空間交會對接技術的國家，標 志著我國掌握了載人航天的三大基本技術，即載人天地往返、航天員出艙活動以及空間交會對接。5、教師利用課件介紹“神舟”五號首次進行載人航天飛行以及“神舟”六號實現進行多人多天太空飛行。教師介紹：2003年10月15日9時整，我國自行研制的“神舟”五號載人飛船在中國酒泉衛星發射中心發射升空。9時9分50秒，“神舟”五號準確進入預定軌道。這是中國首次進行載人航天飛行。乘坐“神舟”五號載人飛船執行任務的航天員是38歲的楊利偉。他是我國自己培養的第一代航天員。在太空中圍繞地球飛行14圈，經過21小時23分、60萬公里的太空行程，他于16日6時23分在內蒙古主著陸場成功著陸返回。2005年10月12日9時整，“神舟”六號飛船順利升空，實現了2名宇航員多天飛行，他們分別是：聶海勝、費俊龍。“神舟”六號于10月16日凌晨安全返回，使我國載人航天技術進一步成熟。“神舟”六號實現了第一次進行多人多天太空飛行試驗，為未來航天員在空間站生活和工作奠定了基礎。 板書設計：2、物理學知識的應用（1）航天技術應用：“旅行者1號”宇宙飛船、人類登上月球、神舟飛船與“天宮一號”對接成功、“神舟”五號首次載人航天飛行、 “神舟”六號實現多人航天飛行（2）微觀技術教師引導：借助顯微鏡，人類能逐漸深入看清組成物質的不同粒子，探索微觀世界。1、教師利用課件展示顯微鏡下拍攝的銥原子的排列情況，并介紹銥原子。教師介紹：銥：原子序數77，原子192.22，元素名來源于拉丁文，原意是“彩虹”。1803年英國化學家坦南特、法國化學家德斯科蒂等用王水溶解粗鉑時，從殘留在器皿底部的黑色粉末中發現了兩種新元素鋨和銥。2、教師利用課件展示電子顯微鏡技術觀察到的DNA分子，并介紹DNA分子結構。教師介紹：DNA分子的雙螺旋結構是相對穩定的。這是因為在DNA分子雙螺旋結構的內側,通過氫鍵形成的堿基對,使兩條脫氧核苷酸長鏈穩固地并聯起來。另外,堿基對之間縱向的相互作用力也進一步加固了DNA分子的穩定性。板書設計：（2）微觀技術應用：銥原子的排列情況、DNA分子結構（3）激光技術教師引導：激光技術在農業、醫療、通信領域中的應用也很廣泛。1、教師利用課件介紹激光技術在醫療領域中的應用教師介紹：激光醫學在臨床上的應用主要分為三大部分,包括: 激光在基礎醫學研究中的應用,主要是通過激光與人體器官組織、細胞和生物分子的相互作用來研究激光的生物效應。激光診斷,是以激光作為信息載體,利用激光單色性好的特點,組織病理形態、病理情況下的功能及找出某些致病因素等方面進行光譜分析。激光治療,是以激光作為能量載體,利用激光對組織的生物學效應進行治療。包括：弱激光治療，高強度激光手術，激光動力學療法(光化學療法)，激光診斷。2、教師利用課件介紹激光技術在工業領域中的應用“激光切割”教師介紹：激光加工通常以切割為主。在汽車工業中,激光切割一般采用基模或低階模大可使材料產生汽化或熔化現象。激光束經聚焦后具有極高的功率密度,功率器,為了提高切割速度和切由于金屬表面對于波長為1016Lm的CO2激光反射率高,而在切以提高切割效率,在切割金屬工件往往吹送氧氣或壓縮空氣,割質量,割易燃材料時則吹送氮氣等惰性氣體以防止燃燒。3、教師利用課件介紹激光技術在農業領域中的應用“激光育種”教師介紹：從20世紀60年代開始，美國、前蘇聯、澳大利亞、加拿大等國就已將激光用于誘變育種。我國激光育種始于1972年，并在糧食作物、經濟作物乃至微生物育種、牲畜育種、魚類育種領域取得顯著成果，取得了良好的經濟效益和社會效益。應用育種的激光器波長從遠紅外線到可見光到紫外線等；常用的激光器有CO2、He-Ne、N2、釹玻璃、紅寶石、Ar 、YAG等。4、教師利用課件介紹激光技術在現代通訊技術中的應用教師介紹：激光通信經歷了大氣通信和光波導(光纖)通信兩個重要的發展階段。早期的激光大氣通信曾掀起了世界性的研究熱潮，許多經濟和技術力量雄厚的發達國家在這個階段投入了大量的人力、財力和物力，對激光大氣通信進行了廣泛的研究開發。早期的激光大氣通信所用光源多數為二氧化碳氣體激光器、YAG固體激光器、He-Ne氣體激光器等。二氧化碳氣體激光器輸出激光波長為10.6m，此波長正好處在大氣信道傳輸的低損耗窗口，是較為理想的通信用光源。板書設計：（3）激光技術應用：激光診斷、激光治療、激光育種、激光通信（4）信息技術教師引導：信息技術的應用給人類帶來了巨大的影響，集成了成千上萬個電子元件的芯片，既小又輕。1、教師利用課件介紹信息技術中最廣泛的應用“集成電路”教師介紹：集成電路是20世紀60年代初期發展起來的一種新型半導體器件。把構成具有一定功能的電路所需的半導體、電阻、電容等元件及它們之間的連接導線全部集成在一小塊硅片上，然后焊接封裝在一個管殼內的電子器件。集成電路具有體積小，重量輕，引出線和焊接點少，壽命長，可靠性高，性能好等優點，同時成本低，便于大規模生產。它不僅在工、民用電子設備如收錄機、電視機、計算機等方面得到廣泛的應用，同時在軍事、通訊、遙控等方面也得到廣泛的應用。板書設計：（4）信息技術應用：集成電路（5）超導技術教師引導：超導技術有著廣泛的應用前景，人們正在進行深入研究。1、教師利用課件介紹超導材料的定義。教師介紹：某些金屬、合金和化合物，在溫度降到絕對零度附近某一特定溫度時，它們的電阻率突然減小到無法測量的現象叫做超導現象，能夠發生超導現象的物質叫做超導體。2、教師利用課件介紹超導材料的特性。 教師介紹：零電阻性：超導材料處于超導態時電阻為零，能夠無損耗地傳輸電能。完全抗磁性：超導材料處于超導態時，只要外加磁場不超過一定值，磁力線不能透入，超導材料內的磁場恒為零。約瑟夫森效應：兩超導材料之間有一薄絕緣層而形成低電阻連接時，會有電子對穿過絕緣層形成電流，而絕緣層兩側沒有電壓，即絕緣層也成了超導體。3、教師利用課件介紹超導技術的應用“高溫超導濾波器”、“超導計算機”、 “超導發電機”、 “超導磁懸浮列車”等教師介紹：高溫超導濾波器：高溫超導材料的微波電阻比傳統金屬材料小3個數量級左右，用高溫超導制造的濾波器插入損耗極，通帶帶邊陡峭、帶外抑制性好具有十分理想的濾波性能。超導計算機：超導計算機中的超大規模集成電路，其元件間的互連線用接近零電阻和超微發熱的超導器件來制作，不存在散熱問題，同時計算機的運算速度大大提高。超導發電機：超導同步發電機是未來電站的主力， 在電力領域，利用超導線圈磁體可以將發電機的磁場強度提高到5萬6萬高斯，并且幾乎沒有能量損失，這種發電機便是交流超導發電機。超導發電機的單機發電容量比常規發電機提高510倍，達1萬兆瓦，而體積卻減少1/2，整機重量減輕1/3，發電效率提高50。超導磁懸浮列車：人們利用超導材料的抗磁性，將超導材料放在一塊永久磁體的上方，由于磁體的磁力線不能穿過超導體，磁體和超導體之間會產生排斥力，使超導體懸浮在磁體上方。利用這種磁懸浮效應可以制作高速超導磁懸浮列車。超導輸電線路：超導材料還可以用于制作超導電線和超導變壓器，從而把電力幾乎無損耗地輸送給用戶。高溫超導電纜：使用高溫超導線材的高溫超導電纜損耗低，不用絕緣油，沒有環境污染，使用方式靈活，可以減少電力運行成本。高溫超導電纜比常規電纜所傳送的電力要高三到五倍(相同截面時)，可以滿足城市不斷增長的電力需求。老師總結：很多科學前輩們在探索神奇現象的過程中，逐漸發現蘊藏其中的某些物理規律。隨著對這些規律的深入探究，物理學的體系便逐漸形成了。 板書設計：（5）超導技術應用：高溫超導濾波器、超導計算機、超導發電機超導磁懸浮列車(二)科學探究其樂無窮1、教師引導：我們了解的伽利略，他通過做實驗的方法，從邏輯上駁斥了亞里士多德的觀點，開創了用“實驗法：探究自然、探索規律的先河，對物理學的大發展具有劃時代的意義。科學巨人們不僅為后人留下了知識的宮殿，而且還創建了科學的探究方法。閱讀教材第10頁了解科學探究的主要環節。2、學生閱讀課本相關內容，并討論交流：(1)提出問題（2）猜想與假設 （3）制定計劃與設汁實驗（4）進行實驗與收集證據 (5)分析與論證(6)評估 (7)交流與合作。老師總結：物理規律的獲得不僅需要思辨，更需要科學的探究方法。在科學探究中，大家要學會問，學會猜，學會做，學會想，還應學會相互合作。3、教師具體講解科學研究的七個環節中的基本要求。教師講解：（1）提出問題具體要求：根據日常生活、自然現象或實驗觀察提出與物理學有關的問題。（2）猜想與假設具體要求：收集相關信息，對問題采取發散、集合等方法進行猜想與假設。（3）制訂計劃與設計實驗具體要求：根據探究目的，決定收集證據的范圍及要求，明確所需儀器和替代器材，知道控制什么變量，測什么，怎樣測。（4）進行實驗與收集證據具體要求：使用相關設備、材料進行安全操作，觀察實驗現象，捕獲變化過程及細節，記錄相關數據。（5）分析與論證具體要求：進行簡單的因果推理；能從表面現象中看出其物理本質；嘗試對探究結果進行描述和解釋。（6）評估具體要求：有從評估中吸取經驗教訓的意識；能注意到假設與探究結果間的差異；并嘗試改進探究方案。（7）交流與合作具體要求：能用語言、文字、圖表、模型等方式表述探究的過程和結果；能傾聽和尊重他人提出的不同觀點和評議，并交換意見。4、教師引導學生思考如何具體應用科學研究的七個環節，并列舉事例，進行說明。教師列舉事例：例如：“打水漂”是人類最古老的游戲之一，如何將水漂打的既多又遠，一直是人們感興趣的問題，法國科學家經過研究，揭開了打水漂的奧秘。學生結合教師講解的科學探究的七個環節的具體要求，進行分析討論。分析討論：（1）提出問題：如何將水漂打得既多又遠？（2）猜想與假設：打水漂的質量可能與石塊的直徑、厚度、速度、以及入水角度和旋轉等因素有關。（3）制定計劃與設計實驗：用飛碟代替石塊進行實驗，制作了一個 “打水漂機”，實際上是個機械化彈弓，用來發射不同大小的鋁制飛碟，射向一個水池，同時用高速攝像機將飛碟在水面彈跳的過程拍下來。（4）進行實驗與收集證據：1、將“打水漂機”向一個水池發射飛碟，高速攝像機拍攝飛碟在水面彈跳的過程；2、在實驗過程中，研究人員分別改變飛碟的直徑、厚度、速度及入水角和旋轉等因素，并收集數據。（5）分析與論證：打水漂的奧秘關鍵在于角度、速度、形狀（1）當石塊入水的角度大于45它根本就彈不起來，會直接沉入水中；當石塊與水面的夾角為20時，它 在水面上彈跳的次數最多，這是打水漂的黃金角度；（2）與石塊的速度成正比，直徑5 cm的鋁片以20角接觸水面時，速度必須達到2.5 m/s以上，否則就會落水；（3）扁而平的，圓形石塊是打水漂最理想的材料。（6）評估： 科學家對收集數據的可靠性進行了評估，最后認為實驗結論是可靠的。（7）合作與交流：打水漂實驗將幫助物理學家更準確地模仿航天器的回收過程，提高回收的成功率。當航天器從空氣稀薄的太空中重返地球進入“濃密”的大氣層時，它的運動方式就與打水漂有幾分類似，也有一個在大氣中“彈跳”的過程。板書設計：二、科學探究一其樂無窮科學探究的七個主要環節：提出問題，猜想或假設，制定計劃與設計實驗，進行實驗與收集證據，分析論證、評估，交流與合作(三)科學精神永遠高揚1、教師引導學生閱讀課本P910頁的內容，了解體會科學家的科學精 神。舉例在全班展示交流學習體會。歸納總結：（1）實事求是、尊重客觀規律、不迷信權威、勇于置疑、敢于堅持真理。例如：面對羅馬教會的強權，哥白尼頑強地說自己終于推動了地球；伽利略堅持認為地球在轉動。（2）孜孜不倦、刻苦認真、鍥而不舍。例如：居里夫人兩次獲得諾貝爾獎。這些偉大的成功皆源于她對真理的執著追求，以及長期勤勤懇懇地努力工作。她和丈夫發現的“鐳”是在簡陋的棚屋里辛苦工作4年提煉出來的。（3）善于合作交流，敢于提出與眾不同的見解，也敢于修正或放棄自己的錯誤觀點。例如：愛因斯坦和玻爾進行了長達20余年的量子力學大戰，而這種學術之爭并未影響兩位科學泰斗的友誼。在解答愛因斯坦提出的一個個難題的過程中，玻爾等人逐漸完善了量子力學體系。板書設計：三、科學精神一永遠高揚（1）實事求是、尊重客觀規律、不迷信權威、勇于置疑、敢于堅持真理；（2）孜孜不倦、刻苦認真、鍥而不舍；（3）善于合作交流，敢于提出與眾不同的見解，也勇于修正或放棄自己的錯誤觀點。【課堂練習】 教師利用課件出示下列例題，引導學生快速完成1.對科學探究中“交流合作”這一環節你的看法是 （ ）A.應該回避，資料保密 B.應該大力提倡，資源共享C.可有可無，不影響探究 D.有困難時才要交流2.在進行實驗與收集證據（或數據）時，要把觀察到的重要現象和數據記錄下來，在數據記錄時，要尊重事實，不要拼湊，還要（ ）A.不可杜撰B.美化數據，讓數據符合實驗的分析C.把不容易顯示出的數據，根據要求添加和制作D.以上說法都不可能3、一元硬幣的外觀有銀白色的金屬光澤，一些同學認為它可能是 鐵質的，在討論時，有的同學提出“我們可以先拿磁體來吸一 下”，這時，有位同學手拿一塊磁鐵吸了一下硬幣，就“拿磁 體吸了一下硬幣”這一環節而言，屬于科學探究中（ ）A論證 B猜想 C實驗 D分析4、在進行科學探究的過程中，下列做法中錯誤的是（ ）A.不斷地發現并提出問題 B.任何實驗資料都要保密，不宜交流C.制定盡可能詳細的實驗計劃 D.大膽的猜想與假設【本課小結】 師生共同總結本節內容：1.物理學知識在現代應用所產生的非凡神奇。2.科學探究的七個主要環節為：提出問題、猜想或假設、制定計劃與設計實驗、進行實驗與收集證據、分析論證、評估、交流與合作。3.科學精神：（1）實事求是、尊重客觀規律、不迷信權威、勇于置疑、敢于堅持真理；（2）孜孜不倦、刻苦認真、鍥而不舍。（3）善于合作交流，敢于提出與眾不同的見解，也敢于修正 或放棄自己的錯誤觀點。【布置作業】 教師利用課件布置下列作業題：完成基礎訓練第11頁1、2、3、4、5、6題板書設計第三節 站在巨人的肩膀上一、知識園地一碩果累累1、物理學就是研究自然界的物質結構，物體間的相互作用和物體運動最一般規律的自然科學。2、物理學知識的應用（1）航天技術應用：“旅行者1號”宇宙飛船、人類登上月球、神舟飛船與“天宮一號”對接成功、“神舟”五號首次載人航天飛行、 “神舟”六號實現多人航天飛行（2）微觀技術應用：銥原子的排列情況、DNA分子結構（3）激光技術應用：激光診斷、激光治療、激光育種、激光通信（4）信息技術應用：集成電路（5）超導技術應用：高溫超導濾波器、超導計算機、超導發電機、超導磁懸浮列車二、科學探究一其樂無窮科學探究的七個主要環節：提出問題，猜想或假設，制定計劃與設計實驗，進行實驗與收集證據，分析論證、評估，交流與合作。三、科學精神一永遠高揚（1）實事求是、尊重客觀規律、不迷信權威、勇于置疑、敢于堅持真理；（2）孜孜不倦、刻苦認真、鍥而不舍；（3）善于合作交流，敢于提出與眾不同的見解，也勇于修正或放棄自己的錯誤觀點