萬有引力定律用于新穎情境下的教學(xué)探究

◇ 山東 邵光明

萬有引力定律是高中物理的重點(diǎn)知識(shí)，試題題型靈活多變.近年來，高考命題中萬有引力定律的考查常和新穎情境結(jié)合起來，不少學(xué)生不知如何下手，失分嚴(yán)重.針對(duì)這一情況，本文重點(diǎn)討論如何應(yīng)用萬有引力定律解答新穎情境習(xí)題，給實(shí)際教學(xué)工作提供參考.

1 小試牛刀，提升自信

高考命題中，部分習(xí)題會(huì)“新瓶裝舊酒”.一些學(xué)生未能成功解答的原因在于被習(xí)題的“新外表”干擾.為避免這一情況的發(fā)生，增強(qiáng)學(xué)生的解題自信，教師在教學(xué)中應(yīng)注重給予學(xué)生鼓勵(lì)，使其樹立必勝的信心，并結(jié)合問題與學(xué)生一起分析習(xí)題“新”在何處以及如何使用“舊”知識(shí)解答.

例12019年4月10日，世界首張黑洞照片發(fā)布，使人們認(rèn)識(shí)到黑洞是真實(shí)存在的.研究表明，黑洞成立條件為其中c 為光速.已知地球公轉(zhuǎn)周期為365天，日地距離為1.5×1011m，c 和g 分別取3×108m·s-1、10m·s-2.假設(shè)太陽為黑洞，則其半徑約為（ ）.

A.0.03m B.3m C.30m D.3000m

分析該題情境看似較為新穎，但使用的知識(shí)仍是舊知識(shí)，因此，學(xué)生解答該題應(yīng)樹立必勝的信念.解題中，學(xué)生應(yīng)注重應(yīng)用題干中給出的公式，聯(lián)系所學(xué)的萬有引力變形公式進(jìn)行分析.

解由題干可知設(shè)地球的質(zhì)量為m，由萬有引力定律得到

聯(lián)立各式并代入已知數(shù)據(jù)，不難得出R ≈3×103m，故選項(xiàng)D 正確.

2 提升難度，深化理解

教學(xué)中應(yīng)用萬有引力定律解答新穎情境習(xí)題時(shí)學(xué)生要認(rèn)清自己，不能盲目自信，尤其不能“輕敵”.教師在課堂教學(xué)中可選擇一些難度較大的習(xí)題要求學(xué)生作答，在拓展其視野的同時(shí)，深化其對(duì)物理知識(shí)的理解，即應(yīng)用萬有引力定律解題時(shí)，既要切實(shí)打牢基礎(chǔ)，不能好高騖遠(yuǎn)，又要注重認(rèn)真審題，吃透題意，如此才能保證在解題中得到滿分.

例2根據(jù)地球表面重力加速度的變化知識(shí)可進(jìn)行礦藏勘探.如圖1所示，假設(shè)P 點(diǎn)下巖石分布均勻，密度為ρ，天然氣密度較小可不考慮.在P 點(diǎn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)重力加速度為kg（k＜1），假設(shè)P 點(diǎn)下存在一儲(chǔ)存天然氣的球形空腔，球心到地面的距離為d，引力常量為G，則該空腔的體積大小為.

圖1

分析該題目重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)萬有引力的理解，具有一定難度.根據(jù)所學(xué)可知，地球表面的重力加速度是因萬有引力產(chǎn)生的.解答該題時(shí)需要運(yùn)用假設(shè)法對(duì)比P 點(diǎn)下有無空腔的重力變化，再靈活運(yùn)用萬有引力知識(shí)作答.

解根據(jù)題干描述可知空腔填滿和未填滿時(shí)，物體在P 點(diǎn)受到的重力是不同的.假設(shè)空腔填滿時(shí)，質(zhì)量為m 的物體在P 點(diǎn)受到的重力為mg，而實(shí)際上物體受到的重力為kmg，因此，空腔填滿前后導(dǎo)致（1-k）mg 引力的變化.由萬有引力定律可知（1-k）mg=而M=ρV，兩式聯(lián)立解得

3 注重拓展，增強(qiáng)技能

高中物理中有關(guān)萬有引力定律應(yīng)用的習(xí)題情境較多，為使學(xué)生能夠以不變應(yīng)萬變，授課中應(yīng)注重拓展，更好地提高其解題技能.一方面，教師要注重典型好題的積累，定期組織學(xué)生開展相關(guān)的拓展訓(xùn)練，使學(xué)生盡可能見到更多的好題.另一方面，教師要鼓勵(lì)學(xué)生做好解題思路與方法的總結(jié)，明確解題的關(guān)鍵點(diǎn)，使其遇到問題能及時(shí)找到突破口.

4 結(jié)語

萬有引力定律內(nèi)容并不難理解，但是變形公式較多，適宜應(yīng)用的情境靈活多變.為使學(xué)生掌握應(yīng)用萬有引力定律分析新穎情境問題的能力，提高其解題的靈活性，教師在授課中應(yīng)結(jié)合具體習(xí)題的解答，提高其自信，而后逐步提高習(xí)題難度，深化其對(duì)萬有引力定律的理解.同時(shí)，教師還應(yīng)注重優(yōu)選習(xí)題，積極開展拓展訓(xùn)練活動(dòng)，使學(xué)生積累更多的解題經(jīng)驗(yàn)與技巧.