高中物理教学中万有引力作用下天体的运动问题

王久平

摘 要：物理在高中教学中是一门非常重要的学科，而且是学生学习的难点，尤其是万有引力作用下天体的运动问题的学习，看似简单实则不易。本文主要是论述这一知识点的主要内容及应用技巧，希望可以为高中生提供参考意见。

关键词：高中物理;万有引力;天体;运动

根据开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。如果把行星绕太阳的运动近似看成是圆周运动，那么行星的运动就是匀速圆周运动，由万有引力定律可知是太阳对行星的万有引力提供行星做匀速圆周运动的向心力。其实大多数天体的运动都可以看成是匀速圆周运动，是另一个天体对他的万有引力提供向心力。

万有引力定律：宇宙间的一切物体都是相互吸引的，两个物体间的引力大小，跟它们的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比.

亚里士多德指出，思维自惊奇和疑问开始。以“惊奇”为诱因设计课堂，创设动人心弦的情境，把学生的口、眼、手、心等各种器官都充分调动起来，使学生“惊之以心，动之以情，发之以问，晓之以理”。例如在万有引力的教学中可以设问：我们知道月球绕着地球转，那么它为什么要绕着地球转而吧飞走呢？学生自然答：因为地球对月球有引力。对，正是地球对月球的万有引力提供了月球绕地球做圆周运动的向心力。这正是我们解决圆周运动问题的基本思想，即通过对运动问题的分析明确是什么力提供物体做圆周运动的向心力。然后建立方程解答相关问题。

例：近年来，人类发射的多枚火星探测器已经相继在火星上着陆，正在进行着激动人心的科学探究，为我们将来登上火星、开发和利用火星资源奠定了坚实的基础.如果火星探测器环绕火星做“近地”匀速圆周运动，并测得该运动的周期为T，则火星的平均密度ρ的表达式为（k为某个常数）（）

万有引力作用下天体的运动问题中学生学习的时候需要万有引力提供向心力入手。首先要集中于这一知识点的基本概念的回忆和思想的形成，并了解天体运动的规律。然后理解题目中所包含的规律并学会灵活运用公式，在向心力公式中根据题目给的已知条件选择合适的公式计算。只有将这些基本的功课做好之后才有可能对解答题目有所帮助。就万有引力作用下天体的运动这一知识点的具体内容来看，存在一部分的学生在学习的时候不擅长理解天体运动规律，不知如何建立方程，不能从理论的角度推导计算万有引力提供向心力问题的公式变形及数据计算。因此会增加学习难度。

例：某航天飞机在地球赤道上空飞行，轨道半径为r，飞行方向與地球的自转方向相同，设地球的自转角速度为ω0，地球半径为R，地球表面重力加速度为g，在某时刻航天飞机通过赤道上某建筑物的上方，求它下次通过该建筑物上方所需的时间。

这个问题的解答就是要引导学生先去分析航天飞机飞行的过程中做的是什么运动？是什么力提供航天飞机做圆周运动的向心力？再分析航天飞机飞行过程中与地球自转有什么关系，建立      或者     以及    黄金代换公式     即可求解本题。作为一个中学物理教师，不光要讲正确、讲清楚物理内容，更重要的是要传授物理知识所赖以产生的科学方法以及解决问题的基本思路、方法、技巧和思想。从知识到理论的形成、从理论到物理思想的形成等都是物理教学与学习中逐步完善的一整套思想方法。也是研究问题时所运用的的极为有效的思想方法，这些思想方法的传授和学习，只有紧密地与现代航天科技结合起来，才不流于形式，成为空洞无物的条款堆积，而是有声有色的活例：这说明科学的方法直接体现出科学思维的重要性，而科学的预见来源于科学思维。显然，运用万有引力定律解决天体运动问题的研究方法是解决天体运动问题的基本方法也是解决圆周运动的基本思想，这为培养学生养成积极正确的思考解决问题提供了启迪。