高中物理練習(xí)題的分類設(shè)計(jì)策略與解析

摘要：物理練習(xí)是高中物理教學(xué)的重要內(nèi)容和環(huán)節(jié).高中物理練習(xí)的設(shè)計(jì)要從學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)際出發(fā)，從培養(yǎng)學(xué)生的解題能力的要求出發(fā)，堅(jiān)持少而精的原則，避免題海戰(zhàn)術(shù)，盲目練習(xí).

關(guān)鍵詞：高中物理;練習(xí)設(shè)計(jì);策略與解析

中圖分類號(hào)：G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-0333（2022）07-0122-03

收稿日期：2021-12-05

作者簡介：吳嬌嬌（1994.7-），女，江蘇省連云港人，本科，中學(xué)二級(jí)教師，從事高中物理教學(xué)研究.[FQ）]

高中物理學(xué)習(xí)具有練習(xí)多難度大的特點(diǎn)，許多老師在教學(xué)中會(huì)出現(xiàn)題海戰(zhàn)術(shù)的訓(xùn)練，加大了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，也降低了學(xué)習(xí)效果.在高中物理教學(xué)中要學(xué)習(xí)高考試題的解題特點(diǎn)，堅(jiān)持少而精的原則，從學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)際出發(fā)，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)教學(xué)聯(lián)系.

1 解答題類習(xí)題的特點(diǎn)與設(shè)計(jì)

解答題是高中物理教學(xué)中最普遍，也是難度最為適中的練習(xí)題.在物理練習(xí)中要重視解答題的設(shè)計(jì)與練習(xí).

題1在萬有引力的教學(xué)內(nèi)容中關(guān)于引力的解答類習(xí)題：

1.月球環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為地球半徑的60倍，運(yùn)行周期約為27天，應(yīng)用開普勒定律計(jì)算：在赤道平面內(nèi)離地多高時(shí)，人造地球衛(wèi)星隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)，就像停留在天空中不動(dòng)一樣？（R地=6400km）

分析月球和同步衛(wèi)星都繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)開普勒第三定律列式求解即可.

解答解：月球環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為地球半徑的60倍，運(yùn)行周期約為27天;同步衛(wèi)星的周期為1天;

根據(jù)開普勒第三定律，有：

R3同T2同=R3月T2月

解得：

R月=3（T月T地）2R同=3272R同=9R同

由于R月=60R地，故R同=

609R地，故：

h=519=519

R地×6400km=36267km.

答：在赤道平面內(nèi)離地36267km高時(shí)，人造地球衛(wèi)星隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)，就像停留在天空中不動(dòng)一樣.

題2地球公轉(zhuǎn)運(yùn)行的軌道半徑R1=1.49×

1011m，若把地球公轉(zhuǎn)周期稱為1年，那么土星運(yùn)行的軌道半徑R2=1.43×1012m，其周期多長？

分析根據(jù)萬有引力提供圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，列式求圓周運(yùn)動(dòng)的周期與半徑的關(guān)系然后求比值即可.

解答解：根據(jù)萬有引力提供圓周運(yùn)動(dòng)的向心力有：

GmMr2=mr（2πT）2，得衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的周期：T=4π2r3GM，所以有T1T2=R31R32.因此周期T2=R32R31T1=29.7年.

答：土星運(yùn)行的軌道周期為29.7年.

題3卡文迪許把他自己的實(shí)驗(yàn)說成是“稱地球的重量”（嚴(yán)格地說應(yīng)是“測(cè)量地球的質(zhì)量”）.如果已知引力常量G、地球半徑R和地球表面重力加速度g，計(jì)算地球的質(zhì)量M和地球的平均密度各是多少？

分析根據(jù)地在地球表面萬有引力等于重力公式先計(jì)算出地球質(zhì)量，再根據(jù)密度等于質(zhì)量除以體積求解.

解答解：根據(jù)地在地球表面萬有引力等于重力有：GMmR2=mg，

解得M=gR2G，

所以ρ=MV=34πGR.

答：地球的質(zhì)量M和地球的平均密度各是

gR2G，3g4πGR.

2 計(jì)算類練習(xí)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

物理學(xué)習(xí)中的計(jì)算題具有難度大，計(jì)算錯(cuò)誤率高的特點(diǎn).在學(xué)習(xí)中要求學(xué)生明確題目要求，運(yùn)用正確的計(jì)算方法，避免計(jì)算錯(cuò).

題4例如在天體運(yùn)行軌跡的計(jì)算習(xí)題中.火星（如圖1所示）是太陽系中與地球最為類似的行星，人類對(duì)火星生命的研究在今年因“火星表面存在流動(dòng)的液態(tài)水”的發(fā)現(xiàn)而取得了重要進(jìn)展.若火星可視為均勻球體，火星表面的重力加速度為g火星半徑為R，火星自轉(zhuǎn)周期為T，萬有引力常量為G.求：

（1）火星的平均密度ρ.

（2）火星的同步衛(wèi)星距火星表面的高度h.

分析（1）根據(jù)萬有引力等于重力求出火星的質(zhì)量，結(jié)合火星的體積求出火星的密度.

（2）根據(jù)萬有引力提供向心力求出火星同步衛(wèi)星的軌道半徑，從而得出距離火星表面的高度.

題5已知萬有引力常量G，地球半徑R，月球和地球之間的距離r，同步衛(wèi)星距地面的高度h，月球繞地球的運(yùn)轉(zhuǎn)周期T1，地球的自轉(zhuǎn)周期T2，地球表面的重力加速度g.某同學(xué)根據(jù)以上條件，提出一種估算地球質(zhì)量M的方法：

同步衛(wèi)星繞地球作圓周運(yùn)動(dòng)，由G=

Mmh2=m（2πT）2h得M=4π2h3GT2.

（1）請(qǐng)判斷上面的結(jié)果是否正確，并說明理由.如不正確，請(qǐng)給出正確的解法和結(jié)果.

（2）請(qǐng)根據(jù)已知條件再提出兩種估算地球質(zhì)量的方法并解得結(jié)果.

分析（1）根據(jù)萬有引力提供向心力，列式求解，地球半徑較大，不能忽略;

（2）對(duì)月球或地球應(yīng)用萬有引力提供向心力，也可根據(jù)在地球表面重力等于向心力求解.

題6我國志愿者王躍曾與俄羅斯志愿者一起進(jìn)行“火星-500”的實(shí)驗(yàn)活動(dòng).假設(shè)王躍登陸火星后，測(cè)得火星的半徑是地球半徑的12，質(zhì)量是地球質(zhì)量的18.已知地球表面的重力加速度是g，地球的半徑為R，忽略火星以及地球自轉(zhuǎn)的影響，求：

（1）火星表面的重力加速度g′的大小;

（2）王躍登陸火星后，經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)火星上一晝夜的時(shí)間為t，如果要發(fā)射一顆火星的同步衛(wèi)星，它正常運(yùn)行時(shí)距離火星表面將有多遠(yuǎn)？

分析（1）求一個(gè)物理量之比，我們應(yīng)該把這個(gè)物理量先表示出來，在進(jìn)行之比，根據(jù)萬有引力等于重力，得出重力加速度的關(guān)系，根據(jù)萬有引力等于重力求出火星表面的重力加速度g′的大小;

（2）火星的同步衛(wèi)星作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由火星的萬有引力提供，且運(yùn)行周期與火星自轉(zhuǎn)周期相同，據(jù)此求解即可.

題7地球的兩顆人造衛(wèi)星質(zhì)量之比m1∶m2=1∶2，圓周軌道半徑之比r1∶r2=1∶2.

求：（1）線速度之比;

（2）角速度之比;

（3）運(yùn)行周期之比;

（4）向心力之比.

分析（1）根據(jù)萬有引力充當(dāng)向心力，產(chǎn)生的效果公式可得出線速度和軌道半徑的關(guān)系，可得結(jié)果;（2）根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得線速度和角速度以及半徑的關(guān)系，直接利用上一小題的結(jié)論，簡化過程.

（3）根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得運(yùn)行周期和角速度之間的關(guān)系，直接利用上一小題的結(jié)論，簡化過程;（4）根據(jù)萬有引力充當(dāng)向心力可得向心力和質(zhì)量以及半徑的關(guān)系.

題8我國月球探測(cè)計(jì)劃“嫦娥工程”已經(jīng)啟動(dòng)，科學(xué)家對(duì)月球的探索會(huì)越來越深入.

（1）若已知地球半徑為R，地球表面的重力加速度為g，月球繞地球運(yùn)動(dòng)的周期為T，月球繞地球的運(yùn)動(dòng)近似看做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，試求出月球繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑;

（2）若宇航員隨登月飛船登陸月球后，在月球表面高度為h的某處以速度v0水平拋出一個(gè)小球，小球飛出的水平距離為x.已知月球半徑為R月，引力常量為G，試求出月球的質(zhì)量M月.

分析（1）在地球表面重力與萬有引力相等，月球繞地球圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬有引力提供，據(jù)此計(jì)算月球圓周運(yùn)動(dòng)的半徑;

（2）根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律求得月球表面的重力加速度，再根據(jù)月球表面的重力與萬有引力相等計(jì)算出月球的質(zhì)量M.解答（1）設(shè)地球質(zhì)量為M，月球質(zhì)量為M月，根據(jù)萬有引力定律及向心力公式得：

GM月Mr2=M月（2πT）2r①

在地球表面重力與萬有引力大小相等有：

mg=GMmR2②

由①②兩式可解得：月球的半徑為：

r=3

gR2T24π2

（2）設(shè)月球表面處的重力加速度為g月，小球飛行時(shí)間為t，根據(jù)題意

水平方向上有：x=v0t④

豎直方向上有：h=12g月t2⑤

又在月球表面重力萬有引力相等故有：

mg月=GM月mR2月⑥

由④⑤⑥可解得：M月=2hv20R2月Gx2

答：（1）月球繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為

r=3gR2T24π2;

（2）月球的質(zhì)量M月為M月=2hv20R2月Gx2.

高中物理練習(xí)的設(shè)計(jì)要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需要.抓住學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)，力求習(xí)題要有新意，重視學(xué)生的解題能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng).

參考文獻(xiàn)：

[1] 奎有龍.根據(jù)物理學(xué)科特點(diǎn)? 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J].青海教育，2003（Z3）：77.

[2] 應(yīng)發(fā)寶.物理學(xué)科核心素養(yǎng)測(cè)評(píng)試題的特征及編制策略[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2019，48（07）：62-67.

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