天体运动公式总结 [关于天体运动的教学总结]
摘 要：天体运动章节是物理教学的重点、难点。笔者详细论述了天体运动章节教学的改进方案与同仁共享。 关键词：天体运动 教学 改进方案 天体运动的章节教学，从知识上看，是牛顿运动定律内容和万有引力定律内容的结合；从方法上看，是牛顿运动定律和万有引力定律方法交织；从能力上看，是培养和锻练学生分析问题、处理问题和解决问题能力的好场所，学生要有很强的空间想象力和知识、能力的迁移能力，综合能力要求很高；从考试上看，是会考、高考的热点部分，试题难易伸缩很大；从心理上看，学生的好奇心、求知欲极其强烈。因此它是物理教学的重点、难点。然而多年的教学实践发现，按照常规的教学模式，教学效果往往不够理想，甚至到了高三重新复习时，还有不少的学生糊里糊涂，如何突破呢？下面谈谈我的改进方案。
首先，仔细回忆以往同学在此处存在的问题，则不难发现：
一、物理公式太多，公式的物理含义不清，不知该用哪个式。如决定式、量度式、牛顿定律、万有引力定律、运动学规律等。
二、公式中的物理量多，涉及十几个量，重叠概念也多，质量的、长度的、转动的等，各个物理量的含义不清，张冠李戴时常发生。
三、物理情景不明，思路过程混乱。
四、空间想象能力不够。
五、迁移能力低，效率不高，实际问题千变万化，无法应对解决。
其次，从高一学生的实际情况来看，年龄小、心理素质低、知识面窄、数学工具不够、综合能力有限、畏难情绪严重、急功近利思想普遍等广泛存在。如何解决这一现实而迫切的客观矛盾呢？
我利用多媒体手段和数形结合思想，依据教材的特点和学生的实际情况，精心设计教案，既较好地突破了教学上的难点，极大地提高了教学的效率，又能较好地延伸和拓展，同时也很好地满足了学生的好奇心，培养了学习物理的兴趣。
现在把此法介绍给同行，供大家参考：
我把它总结为：一幅图，两组公式，三句话，四个疑惑，六个常数法，再加影视图片。
天体问题中涉及多个物理量，极易混淆，而把物理量结合图形标注理解，消化比较，既简单又明了。把物理公式规律变成口诀，易记上口。物理情景使用多媒体课件展示，既形象又直观，真实再现好掌握。分析问题讨论问题十分便捷，题目变形题目翻新极为容易。
此处以地球和它的卫星为例说明：
1. 一幅图，就是画出两个天体物体相互作用的空间图。然后把各个相关的物理量标注在对应位置，如：M、m、R、r、h、F、G、f、g、a、v、w、T。一定让学生在图中填，在看中记，在比较中理解，物理量混乱的毛病才能从根本上得到克服，如地球半径、离地高度、轨道半径、作用位置，一看就清楚。
2. 两组公式，就是高空位置和近地位置各成一体，彼此独立；给定条件往往是近地的，而求解的量是空间的，需要彼此过渡转换，不可或缺，也叫黄金变换。高空处：
两组公式的前两项是合力，为决定式；后面四项为运动状态，为量度式；分析问题时总是从决定式开始，利用数学方法，确定常数、变量和函数，再结合所求量，来确定状态式，从而建立相关等式，同理，再根据已知条件建立另一组等式，联立可解。
3. 三句话，就是思路点拨，对客观规律的总结和概括，明确各式的相互关系。把卫星的运动轨道处理为匀速圆周运动；绕地做匀速圆周运动的卫星所需的向心力来源它和地球之间的万有引力；而该处的重力又总是等于该处的万有引力的大小。也是两组式得来的依据。
至此，学生们概念清晰了，公式能够顺利确定了，事物的规律把握住了，解决问题的方法掌握了，牛顿运动定律和万有引力定律能够有机结合为一体了，现在可以处理一般性问题了。
如：计算地球的质量，估算地球的平均密度，讨论卫星的环绕速度、角速度、周期与轨道半径之间的关系，分析人造卫星的超失重现象以及有关的仪器使用，天体是否是连体的区别判定，追逐等问题。
4. 四个疑惑，在此基础之上，可以提问学生几个感兴趣的问题：
（2）引力加速度、向心加速度、环绕加速度，它们之间的关系是怎样的？
（3）人造卫星的发射速度、环绕速度和宇宙速度之间的关系是怎样的？
（4）人造卫星的可能轨道是怎样的？同步卫星有什么特点？
以上四个问题是同学们普遍感到疑惑的内容。教师借助影视图片和电脑课件模仿卫星绕地运动的情况，可以形象直观地再现真实，既能克服同学们的空间想象能力的不足，又能很好地利用数形结合的教学方法完成教学内容，同时充分发挥电脑课件优势，实现一题多变，高效省时，快捷便利，还能很好地引领学生积极思考，努力探究，扩展视野，丰富知识，知识内容也得以延伸和拓展。
5. 六个常数：地球的半径R，地球表面处的重力加速度g，地球自转周期T ，地球公转周期，地球表面处的最小发射速度v，万有引力常数G。
我们前面研究了地球和卫星的问题，那么解决问题的方法及得出的规律，能否效仿地把它们推广到其它恒星与行星、行星与卫星之中呢？学生自然能够举一反三，触类旁通，此刻可以把习题问题增加到太阳等恒星问题之中，学生很自然地就能把这些方法应用到其它天体间，这也极大提高教学效率，迁移能力也能得到提高。
教师还可以根据学生的实际情况，进一步引领到双星问题和三星问题等复杂情况，这样逐步推进，层层拔高，综合能力也得到了锻炼，思路也更加清晰完整，方法更加熟练，学生的学习变得轻松了、有趣了，教学的重难点彻底得到了解决，课堂效率显著提高，较好地实现了延伸和拓展，实现了不同层次同学的需求。
参考文献：
［１］高中物理课本（第一册）.人民教育出版社.
［２］高中物理会考大纲.新疆维吾尔自治区会考办.
［３］高中物理考试说明.教育部考试中心.
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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