張峰

隨著我國航空航天事業(yè)的繁榮發(fā)展，“神舟”系列飛船的不斷成功升空，學(xué)生在一次一次緊張的發(fā)射直播中感同身受，為祖國的偉大而振奮，同時，對頭頂那片浩瀚的天空也充滿了好奇。人教版高中物理必修二第六章《萬有引力與航天》一章中，教材詳細(xì)的介紹了行星的運動、太陽與行星之間的引力等，這些運動和力的作用都離不開“萬有引力”的作用。那么，在這樣的時代背景下，老師可以在課堂上帶領(lǐng)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)星空中的“萬有引力”，同時，在這個過程中也鍛煉了學(xué)生的物理思維能力。

一、大膽猜想，放飛想象

對陌生事物認(rèn)識的第一步便是大膽猜想。在想象力的不斷豐富與發(fā)展的幫助下，會一步一步的揭開未知事物的神秘面紗。萬有引力，這個只有在航空航天中才用到的物理原理，對于高中階段的學(xué)生而言，是熟悉且陌生的。那么，在課堂上老師第一步便是鼓勵學(xué)生去大膽的猜想，放飛自己的想象力，去推開發(fā)現(xiàn)“萬有引力”的大門。

萬有引力的提出，是源自于非常著名的“牛頓蘋果樹”的實驗。在課堂上，老師向?qū)W生提出第一個問題：“為什么蘋果會落在地面上？”這樣的問題。引導(dǎo)學(xué)生去朝向萬有引力的方向去思考。那么，蘋果最終掉落在地上，就好像地面有一種力去“吸引”蘋果落下。那么第二個問題：這種“吸引”是如何產(chǎn)生的？第二個問題便指引同學(xué)去更加深入的思考這種吸引力產(chǎn)生的原因。這時，老師也可以提醒學(xué)生去思考為什么每個人從原地跳起以后還會落回地面，那么，人落地的力和蘋果落地的力是不是同樣的一種力？那么，如果將思考的范圍更加擴大，第三個問題：月球繞著地球轉(zhuǎn)動、地球繞著太陽轉(zhuǎn)動，那么維持轉(zhuǎn)動的力是怎樣的一種力？這三個問題，從小到大，由具體到抽象，在三個不同的層面上都將問題的關(guān)鍵劃歸在“萬有引力”之中。通過學(xué)生的猜想，首先對萬有引力有了一個概念上的理解。

通過蘋果下落、物體自由落體的一些物理情景的模擬，來點撥學(xué)生通過這些非常常見的例子去遐想，進而去發(fā)現(xiàn)萬有引力，激發(fā)了學(xué)生的興趣和想象力。

二、定量計算，推導(dǎo)檢驗

猜想過后的第二步，就是對發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象進行嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)實的計算，通過科學(xué)的推導(dǎo)，最終來檢驗結(jié)論的正確性。這是所有物理過程的必經(jīng)過程，那么，萬有引力的推導(dǎo)以及引力定律的應(yīng)用，都需要檢驗其猜想的合理性。這樣的推導(dǎo)過程，也是高中階段學(xué)生必須要掌握的能力。

在猜想階段中，月亮圍繞地球轉(zhuǎn)，地球繞著太陽轉(zhuǎn)，這樣的轉(zhuǎn)動可以用引力定律來完美解釋。例如：月亮繞著地球做勻速圓周運動，地球半徑是月球軌道半徑R的60倍，設(shè)地球的質(zhì)量為M，月球質(zhì)量為m，那么，根據(jù)萬有引力定律，回答三個問題（1）月球做什么運動，符合什么規(guī)律？（2）物體在地球附近受到的地球吸引力的表達式是什么？（3）計算月球的加速度與地球表面加速度G的關(guān)系。學(xué)生在進行謹(jǐn)慎的驗證時，首先從教材中的圖片可以觀察到（1）月球做的是近似的勻速圓周運動，其運動的軌跡符合圓周的特性，故可以用勻速圓周運動來計算其特性。（2）設(shè)物體質(zhì)量為m1，那么，根據(jù)萬有引力定律，可知其自身重力和地球?qū)ζ涞娜f有引力相等，即：G=m1g=G 。

（3）對于月球而言，F(xiàn)月=G

=ma月

對于地球而言，F(xiàn)地=G =ma地

那么， ，其中，a地=g，既地球的重力加速度遠遠大于月球的重力加速度，那也就是為什么宇航員在月球表面看似“飄”在空中的原因。

在相應(yīng)的情境創(chuàng)設(shè)中，給學(xué)生開啟定量計算的環(huán)境，通過嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)實的推導(dǎo)，來檢驗猜想的正確性，增強學(xué)生的過程推導(dǎo)能力。

三、實踐探索，估算比較

當(dāng)猜想得到證實以后，最重要的是將理論融入實踐，去驗證定律的科學(xué)性。進行實踐探索時，采用估算對比的方法，可以加大實例的說服性，更加直接的證明定律。對于萬有引力定律來說，也是這樣的。

老師在課堂上，可以通過小實驗的方式來驗證定律：抽兩名同學(xué)，首先兩人靠攏，然后離開，讓同學(xué)感受兩人之間是否存在引力的作用。實驗驗證，兩人并沒有感受到任何的感覺。那么，萬有引力定律難道不適用了么？這時，假設(shè)兩名同學(xué)質(zhì)量均為50kg，之間的距離為1m，根據(jù)萬有引力定律，可得

F=G ≈1.7×10-7N

可知二者之間的萬有引力特別小，所以二人沒有感受到任何感覺是非常正常的。

已知地球質(zhì)量與地球半徑（常量），那么，其中一位同學(xué)和地球之間的萬有引力，可得

F=G ≈493N

已知g=9.8m/s2，那么其中一位同學(xué)的重力G=mg=490N，即G

學(xué)生課堂活動的意義在于增加課堂趣味性的同時創(chuàng)設(shè)物理情景，在物理情景中學(xué)生進行了估算和比較，更加加深了對定律的理解。

在大膽假設(shè)、定量計算、實踐探索三步后，“萬有引力”這個神秘的宇宙之子通過老師和學(xué)生的共同努力，最終揭開了他神秘的面紗。不論在地球上的物體，還是在外太空中的行星，都沒有逃過萬有引力的“吸引”，而在物理的教學(xué)中，三步走的教學(xué)原則培養(yǎng)了學(xué)生的概括總結(jié)能力，同時也加強彼此之間的交流、評估和協(xié)作。

（作者單位：江蘇省栟茶高級中學(xué)）