物理復習教學的邏輯化處理策略初探

【摘 要】 新課程背景下，高中物理復習教學的設計一直是廣大教師關注的熱點問題。以“萬有引力與航天”復習課的設計為例，從理清混淆知識、理解重點知識和拓展相關知識等方面展示復習教學設計有序化的邏輯處理策略。

【關鍵詞】 復習教學；邏輯化處理；有序化

【中圖分類號】 G63.24 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2095-3089（2017）13-0-01

物理復習是幫助學生鞏固知識、發展能力、培養情感的一種重要的教學形式，是物理教學的重要組成部分。由于長期以來受應試教育的影響，不少教師只是簡單的大量練題，缺乏整體規劃和邏輯化處理的意識，教學的效果不太理想。教學邏輯的有序化就是整合相關知識和規律，使教學流程具有合情合理的連貫性和邏輯性。將一節課的教學邏輯層次進行有序化的設計，應該尊重學生的學歷過程重演知識的發生，按照循序漸進的原則進行整體規劃。

高中物理“萬有引力與航天”一章是牛頓力學結合曲線運動知識在天體運動中的應用，這部分知識也是歷年高考的重點內容。以高三學生一輪復習為起點，考慮到這部分知識的地位和特點，也為了實現復習課的高效性，本復習課采用如圖1所示的邏輯化處理順序：

設計意圖：這樣的邏輯順序，是建立在學生實際認知水平的基礎上，把全章涉及“基本知識”的混淆點先行清理透徹，然后應用基本規律，再逐漸拓展到幾類相關的典型問題。通過這種邏輯化的處理，可以根據知識點的難易程度將知識的應用逐層遞進、步步深入。

一、理清容易混淆的基本問題

問題一：探測星球的平均密度

例1：假設一艘宇宙飛船在一個不知名的行星表面附近飛行，宇航員手頭只有一只秒表，能否測出該行星的平均密度？

設計意圖：此例題旨在區分“貼地衛星”和“高空衛星”。通過解答這個題目中，可以使學生鞏固相關的知識點：飛船必須是繞星球表面附近飛行，這樣飛船的軌道半徑才等于星球的半徑；若認為只要飛船繞星球飛行，測出運行周期就可算出行星的密度，就是錯誤的。

問題二：人造衛星的發射速度與運行速度的區別

例2：衛星的發射速度都小于第一宇宙速度7.9km/s嗎？衛星的運行速度都大于第一宇宙速度7.9km/s嗎？衛星的瞬時速度可以大于第一宇宙速度7.9km/s嗎？

設計意圖：此例題的設置除了讓學生能夠區分“發射速度”與“運行速度”，也要知道發射衛星后衛星的軌道是橢圓（“貼地衛星”是特例），穩定運行的衛星軌道是圓，還要清楚橢圓上的衛星在近地點的速度是有可能大于第一宇宙速度的。

問題三：同步衛星、近地衛星及赤道上隨地球自轉的物體

例3：如果A物理為“靜止”于赤道上隨地球自轉的物體，B物體為赤道上空的近地衛星，C物體為地球的同步衛星，試比較三個物體的線速度及向心加速度的大小。

設計意圖：此例題旨在區分“同步衛星”、“近地衛星”及“赤道上隨地球自轉的物體”。通過設問應該讓學生明確，同步衛星和近地衛星做勻速圓周運動的向心力完全由萬有引力提供，而地面上的物體隨地球自轉的向心力是萬有引力的一個分力，這是容易混淆的問題。

問題四：航天器的變軌問題

例4：如圖2所示，在發射地球同步衛星的過程中，衛星首先進入橢圓軌道I，然后在Q點通過發動機點火實施變軌，讓衛星進入地球同步軌道Ⅱ，則下列說法正確的是（ ）

A.衛星在同步軌道Ⅱ上的運行速度小于在軌道I上Q點的速度

B.衛星在同步軌道Ⅱ上的運行速度大于在軌道I上Q點的速度

C.衛星在同步軌道Ⅱ上的加速度小于在軌道I上Q點的加速度

D.衛星在同步軌道Ⅱ上的加速度等于在軌道I上Q點的加速度

設計意圖：此例題旨在區分衛星圓軌道和橢圓軌道。通過此例的探討讓學生明白：在發射高軌道衛星和航天器（如同步衛星、“神舟”飛船與天宮一號的對接等）時，首先要將它們發射到離地面較近的軌道上運行，然后通過發動機點火實施多次變軌，才能將其送入預定軌道，在變軌過程中一些物理量會發生變化。

二、理解萬有引力的作用效果

例5：某星球可視為球體，其自轉周期為T，在它的兩極上，用彈簧秤稱得某物體的重力為P，在它的赤道上，用彈簧秤稱得該物體的重力為0.6P，該星球的平均密度是多少？

設計意圖：此例題的設置旨在幫助學生進一步理解萬有引力的作用效果。由于地球上的物體隨地球自轉時，引力產生的一個效果是提供物體的向心力f，方向指向地軸與緯度平面的交點，即軌道圓心；萬有引力產生的另一個效果是物體的重力mg，豎直向下。在兩極處，物體的萬有引力全部提供為重力。在赤道處，萬有引力分解為兩重力和向心力，因為地球自轉角速度很小，向心力非常小，所以在一般情況下進行計算時認為重力等于萬有引力。

三、理解雙星問題和三星問題

例6：雙星系統在銀河系中很普遍，利用雙星系統中兩顆恒星的運動特征可推算出它們的總質量。已知某雙星系統中兩顆恒星圍繞它們連線上的某一固定點分別做勻速圓周運動，周期均為T，兩顆恒星之間的距離為r，試推算這個雙星系統的總質量。

設計意圖：此例題的設置旨在幫助學生理解“雙星模型”的基本特征，掌握“雙星問題”的基本處理手段。

例7：已觀測到穩定的三星系統存在兩種基本的構成形式：一種是三顆星位于同一直線上，兩顆星圍繞中央星在同一半徑為R的圓軌道上運行；另一種形式是三顆星位于等邊三角形的三個頂點上，并沿外接于等邊三角形的圓軌道運行。設每個星體的質量均為m。

（1）試求第一種形式下，星體運動的線速度和周期；

（2）假設兩種形式星體的運動周期相同，第二種形式下星體之間的距離應為多少？

設計意圖：設置該例題的目的是在理解基本“雙星問題”的基礎上，應用萬有引力定律進一步解決實際的“三星問題”。

四、見識天體周期性相對運動

例8：科學家在地球軌道外側發現了一顆繞太陽運行的小行星，經過觀測該小行星每隔t時間與地球相遇一次，已知地球繞太陽公轉半徑是R，周期是T，設地球和小行星都是圓軌道，求小行星距太陽的距離。

設計意圖：通過該例題可以讓學生見識“衛星追趕問題”，此題解答的關鍵是弄清“小行星每隔t時間與地球相遇一次”的確切含義，即每過t時間地球比小行星多轉一周。

五、與地理知識相關聯的問題

例9：赤道上空的某一顆同步衛星定點位置與東經98°的經線在同一平面內，若把嘉峪關處的經度和緯度近似采取東經98°和北緯40°，已知地球半徑R，地球自轉周期T，地球表面重力加速度g和光速c，求該衛星發出的微波信號傳到嘉峪關處接收站所需的時間。

設計意圖：設置此題的目的是讓學生見識天體運動與地理知識相結合的綜合性問題，解答的關鍵是能畫出嘉峪關、地心、衛星三個位置之間的關系圖，再由幾何知識求解。在解答的過程中還要能夠熟練利用物理和地理、數學等學科知識。

上述呈現的復習課邏輯化處理策略，不是概括羅列知識點，而是提出一些創設性的問題，把問題作為教學的出發點，順應了學生的心理需要，從而避免了學生的漫不經心，體現了學生的主體地位。教學中變“講練講”為“練講練”，這需要教師進行有針對性的設計、對題目精心選編，課堂中逐次遞進，讓學生的邏輯思維能力得到訓練和提升。

參考文獻：

王祥東：實驗教學的邏輯化處理策略[J].中學物理教學參考，2016（10）：16-18

王安民：中學物理教學策略[M].重慶：重慶出版集團重慶出版社，2009（101-107）