在天體運(yùn)動(dòng)中尋找“萬(wàn)有引力”的身影

張志榮

高中物理“萬(wàn)有引力定律”的重點(diǎn)是萬(wàn)有引力定律的理解及應(yīng)用，那么，教師該如何引領(lǐng)學(xué)生去尋找“力”的身影、探索“力”的大小、獲得“力”的感性認(rèn)識(shí)呢？我認(rèn)為，少一些單項(xiàng)灌注，多一些情境設(shè)置；少一些機(jī)械重復(fù)，多一些新穎個(gè)性，少一些空的理論，多一些建模過(guò)程，以此創(chuàng)設(shè)新穎、多元和高效的高中物理學(xué)習(xí)新時(shí)空。

一、少一些單項(xiàng)灌注，多一些情境設(shè)置

“萬(wàn)有引力”牽扯到地球、月球、太陽(yáng)等多個(gè)天體運(yùn)動(dòng)，如何沿著牛頓的足跡，帶領(lǐng)學(xué)生在現(xiàn)有知識(shí)的狀態(tài)下，重新“發(fā)現(xiàn)”萬(wàn)有引力定律，緊靠一張嘴巴、一支粉筆，緊靠教師的單項(xiàng)灌注是不夠的。創(chuàng)設(shè)一些新穎、個(gè)性、具體的情境，才能長(zhǎng)久地吸引學(xué)生的注意力，才能在“萬(wàn)有引力”的世界中盡情翱翔、盡情收獲。

比如，在教學(xué)伊始，可以通過(guò)多媒體課件展示：畫(huà)面1：八大行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)；畫(huà)面2：月球圍繞地球運(yùn)動(dòng)；畫(huà)面3：人造衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)動(dòng)；畫(huà)面4：地面上的人向上拋出物體，物體總落回地面。

在課堂中，通過(guò)PPT課件展示“第一個(gè)稱(chēng)量地球的卡文迪許”的事跡，通過(guò)“卡文迪許實(shí)驗(yàn)”，讓學(xué)生通過(guò)“扭轉(zhuǎn)角度由通過(guò)光標(biāo)的移動(dòng)”，直觀(guān)地感受物體間的萬(wàn)有引力，以此跨過(guò)時(shí)間的長(zhǎng)河，感受那個(gè)“開(kāi)創(chuàng)了測(cè)量弱力的新時(shí)代”。

課末，動(dòng)態(tài)演示“假如沒(méi)有了萬(wàn)有引力，一切物質(zhì)都將飛散到宇宙之中的科幻畫(huà)面”。

二、少一些機(jī)械重復(fù)，多一些新穎個(gè)性

幾乎每一節(jié)公開(kāi)課都繞不開(kāi)“一只歷史上最著名的蘋(píng)果落下來(lái)打在牛頓的頭上”的故事，年年歲歲花相似。偏偏有一個(gè)教師舍棄“蘋(píng)果故事”，從牛頓的“日記”開(kāi)始：

我不知道世人怎樣看我，但我自己以為我不過(guò)像一個(gè)在海邊玩耍的孩子，不時(shí)為發(fā)現(xiàn)比尋常更為美麗的一塊卵石或一片貝殼而沾沾自喜，至于展現(xiàn)在我面前的浩瀚的真理海洋，卻全然沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。

這樣的“開(kāi)頭”比之“蘋(píng)果故事”更有吸引力：原來(lái)牛頓竟是那么謙遜，但又是那么好奇；深感自己的渺小，但卻又那么的自信，但就在這樣的過(guò)程中，他發(fā)現(xiàn)了另一片更大的、更鮮活有力的世界，同時(shí)也成就了一個(gè)最精彩的自己。

三、刪除一些“假大空”的理論，新添一些建立物理模型的過(guò)程

就“萬(wàn)有引力定律”而言，其中的理論多多，比如：行星為何能?chē)@太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)？月球?yàn)槭裁茨車(chē)@地球做圓周運(yùn)動(dòng)？……與其反復(fù)給學(xué)生闡述這些理論，不如多一些課件展示，動(dòng)態(tài)演示衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的畫(huà)面，然后啟發(fā)學(xué)生積極思考、大膽猜想。學(xué)生有可能提出下列方案：

（1）用天平（或秤）稱(chēng)量：因?yàn)榈厍虻馁|(zhì)量十分大，用天平（或秤）根本無(wú)法稱(chēng)量；

（2）根據(jù)公式m=pv計(jì)算地球的質(zhì)量：地球的體積可以知道，但地球的密度不均勻，故此法也無(wú)法測(cè)出地球的質(zhì)量；

（3）用萬(wàn)有引力定律計(jì)算。

在學(xué)生反復(fù)談?wù)摰幕A(chǔ)導(dǎo)航啟發(fā)學(xué)生自己總結(jié)得出：應(yīng)選定一顆繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的衛(wèi)星，測(cè)定衛(wèi)星的軌道半徑和周期，利用公式求出地球質(zhì)量。在自主、合作、探究的氛圍中，學(xué)生的思路漸漸明晰：在研究天體的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題中，我們近似地把一個(gè)天體繞另一個(gè)天體的運(yùn)動(dòng)看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力提供天體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)前面學(xué)習(xí)的圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)解答。

不難發(fā)現(xiàn)，這個(gè)過(guò)程就是一個(gè)幫助學(xué)生建立物理模型的過(guò)程，物理建模能力是學(xué)生應(yīng)該具備的一種能力，模型思想需要師生雙方不斷地用心感悟，不斷經(jīng)歷“問(wèn)題情境—建立模型—求解驗(yàn)證”之過(guò)程逐步積累經(jīng)驗(yàn)，掌握建模方法，逐步形成運(yùn)用模型去進(jìn)行物理思維的習(xí)慣。

總之，只要教師引領(lǐng)得法，悉心創(chuàng)設(shè)學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理的“內(nèi)環(huán)境”和“外環(huán)境”，那么，學(xué)生的潛能、思維和能力必將得到最大的鍛造和開(kāi)發(fā)。但愿師生能夠開(kāi)啟真正學(xué)習(xí)高中物理課程的興趣大門(mén)，也但愿這扇門(mén)通向?qū)W生豐富的內(nèi)心，通向物理學(xué)的廣闊原野，通向豐富多彩的現(xiàn)實(shí)，也通向多彩多姿的未來(lái)。

編輯 溫雪蓮