第三节 站在巨人的肩膀上【教学目标】1了解物理知识的一些现代应用所产生的非凡神奇； 2了解科学探究的主要环节；3了解物理学家的科学精神与伟大情怀；4培养学生关注科学前沿、具有可持续发展的意识和创新意识。 【重点难点】 重点：掌握科学探究方法的主要环节；难点：了解科学前沿的发展。【教学方法】观察法 归纳法 讨论法【教学准备】多媒体课件 挂图【教学过程】一、复习巩固：教师利用课件出现下列例题：1.物理学的发展可以划分为哪几个阶段？2.各阶段的代表人物？3.各阶段代表人物的主要贡献？一、导入新课：教师利用多媒体展示高科技成果图片如下图，让学生感受最新科学技术成果。 教师介绍：人类已进入信息化时代，物理学的知识和研究方法已被广泛应用到现代通信、交通、航天、材料及能源等领域。教师引导：看了刚才两组图片（图片分别为：美国航天飞机、中国神州飞船、中国人太空漫步、美国探测器登陆火星；上海世博会“世博轴”、北京奥运会开幕式场景、中国歼十战斗机、中国磁浮列车），有什么感受？学生讨论交流谈感受体会。教师引到：这些高科技成果的出现离不开物理学知识，这节课我们要了解什么是物理学？科学家怎样通过科学探究发现规律？科学家给我们流下了怎样的科学方法和科学精神？板书设计：第三节 站在巨人的肩膀上二、推进新课（一）知识园地硕果累累1、物理学体系的形成（1）教师引导学生阅读教材了解物理学的定义。学生归纳总结：物理学就是研究自然界的物质、相互作用和运动规律的自然科学。板书设计：1、物理学体系的形成物理学：研究自然界的物质结构，物体间的相互作用和物体运动最一般规律的自然科学。2、物理学知识的应用1、教师引导学生阅读教材了解物理学的知识和研究方法应用到了哪些领域。学生归纳总结：人类已经进入到信息化时代，物理学的知识和研究方法已被广泛应用到现代通信、交通、航天、材料及能源等领域。2、教师利用多媒体分别介绍物理学的知识和研究方法在航天、显微、激光、信息、超导等领域中的应用。（1）航天技术教师引导：航天技术的发展，人类不仅实现了飞翔之梦，而且还能登上月球、遨游太空，继续探索浩瀚宇宙的秘密。1、教师利用课件介绍“旅行者1号”宇宙飞船教师介绍：旅行者1号的任务是探测木星和土星，在向着着两颗大行星前进的过程中会被它们的引力拖曳，进入它们轨道。完成任务后，加速被抛射出去，速度微升。在经过木星和土星的加速后，这时它的速度就不会在提升了。相反它会被身后的太阳和行星等引力拖住，它们在引力场中动能不断减小抵消引力做功。但是随着旅行者1号飞得越来越远，太阳等对它的影响越来越小。最后它会保持着固定的速度在漆黑的星际空间中”自由自在“的前进，这样的速度和方向如果没有意外，旅行者一号将会花上73600年的时间经过半人马座比邻星。2、教师利用课件展示旅行者1号宇宙飞船拍摄的土星照片，介绍土星。教师介绍：1980年11月13日，美国宇宙飞船“旅行者号”在距土星124.237公里处掠过土星。20日飞离土星区域，继续在太阳系中飞行。这艘飞船重吨，利用原子能，不载人。它在土星附近飞行时自动发回了1万多张关于土星以及它的环和卫星的彩色照片和各种数据。通过这次“旅行者1号”的实地探测，发现它比原来所知道的要复杂得多。在它的环平面内有数百条、甚至数千条大小不等的环，它们大多是 对称的环绕着土星的。这次探测结果证明：土星环是由无数的微粒组成的，直径为7.6厘米到米之间，它们以很大的速度围绕着土星运转。此外还发现这些微粒是导电体，并且能放出无线电讯号，其功率高达数百万瓦。这一过程似乎同地球上产生的雷暴雨的过程相似。“旅行者1号”的探测还证明，土星卫星土卫六不像过去人们认为的那样是太阳系里最大的卫星，它的直径只有公里，而木星的卫星木卫三的直径是公里，所以土卫六只好退居第二。3、教师利用课件介绍人类第一次登上月球的故事。教师介绍：人类第一次登月是在美国东部时间1969年7月20日下午4时17分42秒，阿姆斯特朗将左脚小心翼翼地踏上了月球表面，这是人类第一次踏上月球。 装载着阿波罗11号的土星5号火箭于1969年7月16日13时32分在肯尼迪航天中心发射升空，12分钟后进入地球轨道。在环绕地球一圈半后，第三级子火箭点火，航天器开始向月球航行4、教师利用课件介绍中国神舟飞船与“天宫一号”对接成功。教师介绍：天宫一号是中国第一个目标飞行器和空间实验室，于2011年9月29日21时16分3秒在酒泉卫星发射中心发射。它的发射标志着中国迈入中国航 天“三步 走”战略的第二步第二阶段。 2011年11月3日凌晨顺利实现与神舟八号飞船的对接任务。中国也由此成为世界上第三个自主掌握空间交会对接技术的国家，标 志着我国掌握了载人航天的三大基本技术，即载人天地往返、航天员出舱活动以及空间交会对接。5、教师利用课件介绍“神舟”五号首次进行载人航天飞行以及“神舟”六号实现进行多人多天太空飞行。教师介绍：2003年10月15日9时整，我国自行研制的“神舟”五号载人飞船在中国酒泉卫星发射中心发射升空。9时9分50秒，“神舟”五号准确进入预定轨道。这是中国首次进行载人航天飞行。乘坐“神舟”五号载人飞船执行任务的航天员是38岁的杨利伟。他是我国自己培养的第一代航天员。在太空中围绕地球飞行14圈，经过21小时23分、60万公里的太空行程，他于16日6时23分在内蒙古主着陆场成功着陆返回。2005年10月12日9时整，“神舟”六号飞船顺利升空，实现了2名宇航员多天飞行，他们分别是：聂海胜、费俊龙。“神舟”六号于10月16日凌晨安全返回，使我国载人航天技术进一步成熟。“神舟”六号实现了第一次进行多人多天太空飞行试验，为未来航天员在空间站生活和工作奠定了基础。 板书设计：2、物理学知识的应用（1）航天技术应用：“旅行者1号”宇宙飞船、人类登上月球、神舟飞船与“天宫一号”对接成功、“神舟”五号首次载人航天飞行、 “神舟”六号实现多人航天飞行（2）微观技术教师引导：借助显微镜，人类能逐渐深入看清组成物质的不同粒子，探索微观世界。1、教师利用课件展示显微镜下拍摄的铱原子的排列情况，并介绍铱原子。教师介绍：铱：原子序数77，原子192.22，元素名来源于拉丁文，原意是“彩虹”。1803年英国化学家坦南特、法国化学家德斯科蒂等用王水溶解粗铂时，从残留在器皿底部的黑色粉末中发现了两种新元素锇和铱。2、教师利用课件展示电子显微镜技术观察到的DNA分子，并介绍DNA分子结构。教师介绍：DNA分子的双螺旋结构是相对稳定的。这是因为在DNA分子双螺旋结构的内侧,通过氢键形成的碱基对,使两条脱氧核苷酸长链稳固地并联起来。另外,碱基对之间纵向的相互作用力也进一步加固了DNA分子的稳定性。板书设计：（2）微观技术应用：铱原子的排列情况、DNA分子结构（3）激光技术教师引导：激光技术在农业、医疗、通信领域中的应用也很广泛。1、教师利用课件介绍激光技术在医疗领域中的应用教师介绍：激光医学在临床上的应用主要分为三大部分,包括: 激光在基础医学研究中的应用,主要是通过激光与人体器官组织、细胞和生物分子的相互作用来研究激光的生物效应。激光诊断,是以激光作为信息载体,利用激光单色性好的特点,组织病理形态、病理情况下的功能及找出某些致病因素等方面进行光谱分析。激光治疗,是以激光作为能量载体,利用激光对组织的生物学效应进行治疗。包括：弱激光治疗，高强度激光手术，激光动力学疗法(光化学疗法)，激光诊断。2、教师利用课件介绍激光技术在工业领域中的应用“激光切割”教师介绍：激光加工通常以切割为主。在汽车工业中,激光切割一般采用基模或低阶模大可使材料产生汽化或熔化现象。激光束经聚焦后具有极高的功率密度,功率器,为了提高切割速度和切由于金属表面对于波长为1016Lm的CO2激光反射率高,而在切以提高切割效率,在切割金属工件往往吹送氧气或压缩空气,割质量,割易燃材料时则吹送氮气等惰性气体以防止燃烧。3、教师利用课件介绍激光技术在农业领域中的应用“激光育种”教师介绍：从20世纪60年代开始，美国、前苏联、澳大利亚、加拿大等国就已将激光用于诱变育种。我国激光育种始于1972年，并在粮食作物、经济作物乃至微生物育种、牲畜育种、鱼类育种领域取得显著成果，取得了良好的经济效益和社会效益。应用育种的激光器波长从远红外线到可见光到紫外线等；常用的激光器有CO2、He-Ne、N2、钕玻璃、红宝石、Ar 、YAG等。4、教师利用课件介绍激光技术在现代通讯技术中的应用教师介绍：激光通信经历了大气通信和光波导(光纤)通信两个重要的发展阶段。早期的激光大气通信曾掀起了世界性的研究热潮，许多经济和技术力量雄厚的发达国家在这个阶段投入了大量的人力、财力和物力，对激光大气通信进行了广泛的研究开发。早期的激光大气通信所用光源多数为二氧化碳气体激光器、YAG固体激光器、He-Ne气体激光器等。二氧化碳气体激光器输出激光波长为10.6m，此波长正好处在大气信道传输的低损耗窗口，是较为理想的通信用光源。板书设计：（3）激光技术应用：激光诊断、激光治疗、激光育种、激光通信（4）信息技术教师引导：信息技术的应用给人类带来了巨大的影响，集成了成千上万个电子元件的芯片，既小又轻。1、教师利用课件介绍信息技术中最广泛的应用“集成电路”教师介绍：集成电路是20世纪60年代初期发展起来的一种新型半导体器件。把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上，然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。板书设计：（4）信息技术应用：集成电路（5）超导技术教师引导：超导技术有着广泛的应用前景，人们正在进行深入研究。1、教师利用课件介绍超导材料的定义。教师介绍：某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度时，它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体。2、教师利用课件介绍超导材料的特性。 教师介绍：零电阻性：超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。完全抗磁性：超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。约瑟夫森效应：两超导材料之间有一薄绝缘层而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。3、教师利用课件介绍超导技术的应用“高温超导滤波器”、“超导计算机”、 “超导发电机”、 “超导磁悬浮列车”等教师介绍：高温超导滤波器：高温超导材料的微波电阻比传统金属材料小3个数量级左右，用高温超导制造的滤波器插入损耗极，通带带边陡峭、带外抑制性好具有十分理想的滤波性能。超导计算机：超导计算机中的超大规模集成电路，其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作，不存在散热问题，同时计算机的运算速度大大提高。超导发电机：超导同步发电机是未来电站的主力， 在电力领域，利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5万6万高斯，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高510倍，达1万兆瓦，而体积却减少1/2，整机重量减轻1/3，发电效率提高50。超导磁悬浮列车：人们利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。超导输电线路：超导材料还可以用于制作超导电线和超导变压器，从而把电力几乎无损耗地输送给用户。高温超导电缆：使用高温超导线材的高温超导电缆损耗低，不用绝缘油，没有环境污染，使用方式灵活，可以减少电力运行成本。高温超导电缆比常规电缆所传送的电力要高三到五倍(相同截面时)，可以满足城市不断增长的电力需求。老师总结：很多科学前辈们在探索神奇现象的过程中，逐渐发现蕴藏其中的某些物理规律。随着对这些规律的深入探究，物理学的体系便逐渐形成了。 板书设计：（5）超导技术应用：高温超导滤波器、超导计算机、超导发电机超导磁悬浮列车(二)科学探究其乐无穷1、教师引导：我们了解的伽利略，他通过做实验的方法，从逻辑上驳斥了亚里士多德的观点，开创了用“实验法：探究自然、探索规律的先河，对物理学的大发展具有划时代的意义。科学巨人们不仅为后人留下了知识的宫殿，而且还创建了科学的探究方法。阅读教材第10页了解科学探究的主要环节。2、学生阅读课本相关内容，并讨论交流：(1)提出问题（2）猜想与假设 （3）制定计划与设汁实验（4）进行实验与收集证据 (5)分析与论证(6)评估 (7)交流与合作。老师总结：物理规律的获得不仅需要思辨，更需要科学的探究方法。在科学探究中，大家要学会问，学会猜，学会做，学会想，还应学会相互合作。3、教师具体讲解科学研究的七个环节中的基本要求。教师讲解：（1）提出问题具体要求：根据日常生活、自然现象或实验观察提出与物理学有关的问题。（2）猜想与假设具体要求：收集相关信息，对问题采取发散、集合等方法进行猜想与假设。（3）制订计划与设计实验具体要求：根据探究目的，决定收集证据的范围及要求，明确所需仪器和替代器材，知道控制什么变量，测什么，怎样测。（4）进行实验与收集证据具体要求：使用相关设备、材料进行安全操作，观察实验现象，捕获变化过程及细节，记录相关数据。（5）分析与论证具体要求：进行简单的因果推理；能从表面现象中看出其物理本质；尝试对探究结果进行描述和解释。（6）评估具体要求：有从评估中吸取经验教训的意识；能注意到假设与探究结果间的差异；并尝试改进探究方案。（7）交流与合作具体要求：能用语言、文字、图表、模型等方式表述探究的过程和结果；能倾听和尊重他人提出的不同观点和评议，并交换意见。4、教师引导学生思考如何具体应用科学研究的七个环节，并列举事例，进行说明。教师列举事例：例如：“打水漂”是人类最古老的游戏之一，如何将水漂打的既多又远，一直是人们感兴趣的问题，法国科学家经过研究，揭开了打水漂的奥秘。学生结合教师讲解的科学探究的七个环节的具体要求，进行分析讨论。分析讨论：（1）提出问题：如何将水漂打得既多又远？（2）猜想与假设：打水漂的质量可能与石块的直径、厚度、速度、以及入水角度和旋转等因素有关。（3）制定计划与设计实验：用飞碟代替石块进行实验，制作了一个 “打水漂机”，实际上是个机械化弹弓，用来发射不同大小的铝制飞碟，射向一个水池，同时用高速摄像机将飞碟在水面弹跳的过程拍下来。（4）进行实验与收集证据：1、将“打水漂机”向一个水池发射飞碟，高速摄像机拍摄飞碟在水面弹跳的过程；2、在实验过程中，研究人员分别改变飞碟的直径、厚度、速度及入水角和旋转等因素，并收集数据。（5）分析与论证：打水漂的奥秘关键在于角度、速度、形状（1）当石块入水的角度大于45它根本就弹不起来，会直接沉入水中；当石块与水面的夹角为20时，它 在水面上弹跳的次数最多，这是打水漂的黄金角度；（2）与石块的速度成正比，直径5 cm的铝片以20角接触水面时，速度必须达到2.5 m/s以上，否则就会落水；（3）扁而平的，圆形石块是打水漂最理想的材料。（6）评估： 科学家对收集数据的可靠性进行了评估，最后认为实验结论是可靠的。（7）合作与交流：打水漂实验将帮助物理学家更准确地模仿航天器的回收过程，提高回收的成功率。当航天器从空气稀薄的太空中重返地球进入“浓密”的大气层时，它的运动方式就与打水漂有几分类似，也有一个在大气中“弹跳”的过程。板书设计：二、科学探究一其乐无穷科学探究的七个主要环节：提出问题，猜想或假设，制定计划与设计实验，进行实验与收集证据，分析论证、评估，交流与合作(三)科学精神永远高扬1、教师引导学生阅读课本P910页的内容，了解体会科学家的科学精 神。举例在全班展示交流学习体会。归纳总结：（1）实事求是、尊重客观规律、不迷信权威、勇于置疑、敢于坚持真理。例如：面对罗马教会的强权，哥白尼顽强地说自己终于推动了地球；伽利略坚持认为地球在转动。（2）孜孜不倦、刻苦认真、锲而不舍。例如：居里夫人两次获得诺贝尔奖。这些伟大的成功皆源于她对真理的执着追求，以及长期勤勤恳恳地努力工作。她和丈夫发现的“镭”是在简陋的棚屋里辛苦工作4年提炼出来的。（3）善于合作交流，敢于提出与众不同的见解，也敢于修正或放弃自己的错误观点。例如：爱因斯坦和玻尔进行了长达20余年的量子力学大战，而这种学术之争并未影响两位科学泰斗的友谊。在解答爱因斯坦提出的一个个难题的过程中，玻尔等人逐渐完善了量子力学体系。板书设计：三、科学精神一永远高扬（1）实事求是、尊重客观规律、不迷信权威、勇于置疑、敢于坚持真理；（2）孜孜不倦、刻苦认真、锲而不舍；（3）善于合作交流，敢于提出与众不同的见解，也勇于修正或放弃自己的错误观点。【课堂练习】 教师利用课件出示下列例题，引导学生快速完成1.对科学探究中“交流合作”这一环节你的看法是 （ ）A.应该回避，资料保密 B.应该大力提倡，资源共享C.可有可无，不影响探究 D.有困难时才要交流2.在进行实验与收集证据（或数据）时，要把观察到的重要现象和数据记录下来，在数据记录时，要尊重事实，不要拼凑，还要（ ）A.不可杜撰B.美化数据，让数据符合实验的分析C.把不容易显示出的数据，根据要求添加和制作D.以上说法都不可能3、一元硬币的外观有银白色的金属光泽，一些同学认为它可能是 铁质的，在讨论时，有的同学提出“我们可以先拿磁体来吸一 下”，这时，有位同学手拿一块磁铁吸了一下硬币，就“拿磁 体吸了一下硬币”这一环节而言，属于科学探究中（ ）A论证 B猜想 C实验 D分析4、在进行科学探究的过程中，下列做法中错误的是（ ）A.不断地发现并提出问题 B.任何实验资料都要保密，不宜交流C.制定尽可能详细的实验计划 D.大胆的猜想与假设【本课小结】 师生共同总结本节内容：1.物理学知识在现代应用所产生的非凡神奇。2.科学探究的七个主要环节为：提出问题、猜想或假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析论证、评估、交流与合作。3.科学精神：（1）实事求是、尊重客观规律、不迷信权威、勇于置疑、敢于坚持真理；（2）孜孜不倦、刻苦认真、锲而不舍。（3）善于合作交流，敢于提出与众不同的见解，也敢于修正 或放弃自己的错误观点。【布置作业】 教师利用课件布置下列作业题：完成基础训练第11页1、2、3、4、5、6题板书设计第三节 站在巨人的肩膀上一、知识园地一硕果累累1、物理学就是研究自然界的物质结构，物体间的相互作用和物体运动最一般规律的自然科学。2、物理学知识的应用（1）航天技术应用：“旅行者1号”宇宙飞船、人类登上月球、神舟飞船与“天宫一号”对接成功、“神舟”五号首次载人航天飞行、 “神舟”六号实现多人航天飞行（2）微观技术应用：铱原子的排列情况、DNA分子结构（3）激光技术应用：激光诊断、激光治疗、激光育种、激光通信（4）信息技术应用：集成电路（5）超导技术应用：高温超导滤波器、超导计算机、超导发电机、超导磁悬浮列车二、科学探究一其乐无穷科学探究的七个主要环节：提出问题，猜想或假设，制定计划与设计实验，进行实验与收集证据，分析论证、评估，交流与合作。三、科学精神一永远高扬（1）实事求是、尊重客观规律、不迷信权威、勇于置疑、敢于坚持真理；（2）孜孜不倦、刻苦认真、锲而不舍；（3）善于合作交流，敢于提出与众不同的见解，也勇于修正或放弃自己的错误观点