王久平

摘 要：物理在高中教學(xué)中是一門非常重要的學(xué)科，而且是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，尤其是萬(wàn)有引力作用下天體的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的學(xué)習(xí)，看似簡(jiǎn)單實(shí)則不易。本文主要是論述這一知識(shí)點(diǎn)的主要內(nèi)容及應(yīng)用技巧，希望可以為高中生提供參考意見。

關(guān)鍵詞：高中物理;萬(wàn)有引力;天體;運(yùn)動(dòng)

根據(jù)開普勒第一定律：所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。如果把行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)近似看成是圓周運(yùn)動(dòng)，那么行星的運(yùn)動(dòng)就是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由萬(wàn)有引力定律可知是太陽(yáng)對(duì)行星的萬(wàn)有引力提供行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。其實(shí)大多數(shù)天體的運(yùn)動(dòng)都可以看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，是另一個(gè)天體對(duì)他的萬(wàn)有引力提供向心力。

萬(wàn)有引力定律：宇宙間的一切物體都是相互吸引的，兩個(gè)物體間的引力大小，跟它們的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比.

亞里士多德指出，思維自驚奇和疑問(wèn)開始。以“驚奇”為誘因設(shè)計(jì)課堂，創(chuàng)設(shè)動(dòng)人心弦的情境，把學(xué)生的口、眼、手、心等各種器官都充分調(diào)動(dòng)起來(lái)，使學(xué)生“驚之以心，動(dòng)之以情，發(fā)之以問(wèn)，曉之以理”。例如在萬(wàn)有引力的教學(xué)中可以設(shè)問(wèn)：我們知道月球繞著地球轉(zhuǎn)，那么它為什么要繞著地球轉(zhuǎn)而吧飛走呢？學(xué)生自然答：因?yàn)榈厍驅(qū)υ虑蛴幸?。?duì)，正是地球?qū)υ虑虻娜f(wàn)有引力提供了月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。這正是我們解決圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的基本思想，即通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析明確是什么力提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。然后建立方程解答相關(guān)問(wèn)題。

例：近年來(lái)，人類發(fā)射的多枚火星探測(cè)器已經(jīng)相繼在火星上著陸，正在進(jìn)行著激動(dòng)人心的科學(xué)探究，為我們將來(lái)登上火星、開發(fā)和利用火星資源奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).如果火星探測(cè)器環(huán)繞火星做“近地”勻速圓周運(yùn)動(dòng)，并測(cè)得該運(yùn)動(dòng)的周期為T，則火星的平均密度ρ的表達(dá)式為（k為某個(gè)常數(shù)）（）

萬(wàn)有引力作用下天體的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題中學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)候需要萬(wàn)有引力提供向心力入手。首先要集中于這一知識(shí)點(diǎn)的基本概念的回憶和思想的形成，并了解天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。然后理解題目中所包含的規(guī)律并學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用公式，在向心力公式中根據(jù)題目給的已知條件選擇合適的公式計(jì)算。只有將這些基本的功課做好之后才有可能對(duì)解答題目有所幫助。就萬(wàn)有引力作用下天體的運(yùn)動(dòng)這一知識(shí)點(diǎn)的具體內(nèi)容來(lái)看，存在一部分的學(xué)生在學(xué)習(xí)的時(shí)候不擅長(zhǎng)理解天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不知如何建立方程，不能從理論的角度推導(dǎo)計(jì)算萬(wàn)有引力提供向心力問(wèn)題的公式變形及數(shù)據(jù)計(jì)算。因此會(huì)增加學(xué)習(xí)難度。

例：某航天飛機(jī)在地球赤道上空飛行，軌道半徑為r，飛行方向與地球的自轉(zhuǎn)方向相同，設(shè)地球的自轉(zhuǎn)角速度為ω0，地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，在某時(shí)刻航天飛機(jī)通過(guò)赤道上某建筑物的上方，求它下次通過(guò)該建筑物上方所需的時(shí)間。

這個(gè)問(wèn)題的解答就是要引導(dǎo)學(xué)生先去分析航天飛機(jī)飛行的過(guò)程中做的是什么運(yùn)動(dòng)？是什么力提供航天飛機(jī)做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力？再分析航天飛機(jī)飛行過(guò)程中與地球自轉(zhuǎn)有什么關(guān)系，建立? ? ? 或者? ? ?以及? ? 黃金代換公式? ? ?即可求解本題。作為一個(gè)中學(xué)物理教師，不光要講正確、講清楚物理內(nèi)容，更重要的是要傳授物理知識(shí)所賴以產(chǎn)生的科學(xué)方法以及解決問(wèn)題的基本思路、方法、技巧和思想。從知識(shí)到理論的形成、從理論到物理思想的形成等都是物理教學(xué)與學(xué)習(xí)中逐步完善的一整套思想方法。也是研究問(wèn)題時(shí)所運(yùn)用的的極為有效的思想方法，這些思想方法的傳授和學(xué)習(xí)，只有緊密地與現(xiàn)代航天科技結(jié)合起來(lái)，才不流于形式，成為空洞無(wú)物的條款堆積，而是有聲有色的活例：這說(shuō)明科學(xué)的方法直接體現(xiàn)出科學(xué)思維的重要性，而科學(xué)的預(yù)見來(lái)源于科學(xué)思維。顯然，運(yùn)用萬(wàn)有引力定律解決天體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的研究方法是解決天體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的基本方法也是解決圓周運(yùn)動(dòng)的基本思想，這為培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成積極正確的思考解決問(wèn)題提供了啟迪。