物理复习教学的逻辑化处理策略初探

    【摘 要】 新课程背景下，高中物理復习教学的设计一直是广大教师关注的热点问题。以“万有引力与航天”复习课的设计为例，从理清混淆知识、理解重点知识和拓展相关知识等方面展示复习教学设计有序化的逻辑处理策略。

    【关键词】 复习教学；逻辑化处理；有序化

    【中图分类号】 G63.24 【文献标识码】 A 【文章编号】 2095-3089（2017）13-0-01

    物理复习是帮助学生巩固知识、发展能力、培养情感的一种重要的教学形式，是物理教学的重要组成部分。由于长期以来受应试教育的影响，不少教师只是简单的大量练题，缺乏整体规划和逻辑化处理的意识，教学的效果不太理想。教学逻辑的有序化就是整合相关知识和规律，使教学流程具有合情合理的连贯性和逻辑性。将一节课的教学逻辑层次进行有序化的设计，应该尊重学生的学历过程重演知识的发生，按照循序渐进的原则进行整体规划。

    高中物理“万有引力与航天”一章是牛顿力学结合曲线运动知识在天体运动中的应用，这部分知识也是历年高考的重点内容。以高三学生一轮复习为起点，考虑到这部分知识的地位和特点，也为了实现复习课的高效性，本复习课采用如图1所示的逻辑化处理顺序：

    设计意图：这样的逻辑顺序，是建立在学生实际认知水平的基础上，把全章涉及“基本知识”的混淆点先行清理透彻，然后应用基本规律，再逐渐拓展到几类相关的典型问题。通过这种逻辑化的处理，可以根据知识点的难易程度将知识的应用逐层递进、步步深入。

    一、理清容易混淆的基本问题

    问题一：探测星球的平均密度

    例1：假设一艘宇宙飞船在一个不知名的行星表面附近飞行，宇航员手头只有一只秒表，能否测出该行星的平均密度？

    设计意图：此例题旨在区分“贴地卫星”和“高空卫星”。通过解答这个题目中，可以使学生巩固相关的知识点：飞船必须是绕星球表面附近飞行，这样飞船的轨道半径才等于星球的半径；若认为只要飞船绕星球飞行，测出运行周期就可算出行星的密度，就是错误的。

    问题二：人造卫星的发射速度与运行速度的区别

    例2：卫星的发射速度都小于第一宇宙速度7.9km/s吗？卫星的运行速度都大于第一宇宙速度7.9km/s吗？卫星的瞬时速度可以大于第一宇宙速度7.9km/s吗？

    设计意图：此例题的设置除了让学生能够区分“发射速度”与“运行速度”，也要知道发射卫星后卫星的轨道是椭圆（“贴地卫星”是特例），稳定运行的卫星轨道是圆，还要清楚椭圆上的卫星在近地点的速度是有可能大于第一宇宙速度的。

    问题三：同步卫星、近地卫星及赤道上随地球自转的物体

    例3：如果A物理为“静止”于赤道上随地球自转的物体，B物体为赤道上空的近地卫星，C物体为地球的同步卫星，试比较三个物体的线速度及向心加速度的大小。

    设计意图：此例题旨在区分“同步卫星”、“近地卫星”及“赤道上随地球自转的物体”。通过设问应该让学生明确，同步卫星和近地卫星做匀速圆周运动的向心力完全由万有引力提供，而地面上的物体随地球自转的向心力是万有引力的一个分力，这是容易混淆的问题。

    问题四：航天器的变轨问题

    例4：如图2所示，在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道I，然后在Q点通过发动机点火实施变轨，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ，则下列说法正确的是（ ）

    A.卫星在同步轨道Ⅱ上的运行速度小于在轨道I上Q点的速度

    B.卫星在同步轨道Ⅱ上的运行速度大于在轨道I上Q点的速度

    C.卫星在同步轨道Ⅱ上的加速度小于在轨道I上Q点的加速度

    D.卫星在同步轨道Ⅱ上的加速度等于在轨道I上Q点的加速度

    设计意图：此例题旨在区分卫星圆轨道和椭圆轨道。通过此例的探讨让学生明白：在发射高轨道卫星和航天器（如同步卫星、“神舟”飞船与天宫一号的对接等）时，首先要将它们发射到离地面较近的轨道上运行，然后通过发动机点火实施多次变轨，才能将其送入预定轨道，在变轨过程中一些物理量会发生变化。

    二、理解万有引力的作用效果

    例5：某星球可视为球体，其自转周期为T，在它的两极上，用弹簧秤称得某物体的重力为P，在它的赤道上，用弹簧秤称得该物体的重力为0.6P，该星球的平均密度是多少？

    设计意图：此例题的设置旨在帮助学生进一步理解万有引力的作用效果。由于地球上的物体随地球自转时，引力产生的一个效果是提供物体的向心力f，方向指向地轴与纬度平面的交点，即轨道圆心；万有引力产生的另一个效果是物体的重力mg，竖直向下。在两极处，物体的万有引力全部提供为重力。在赤道处，万有引力分解为两重力和向心力，因为地球自转角速度很小，向心力非常小，所以在一般情况下进行计算时认为重力等于万有引力。

    三、理解双星问题和三星问题

    例6：双星系统在银河系中很普遍，利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量。已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动，周期均为T，两颗恒星之间的距离为r，试推算这个双星系统的总质量。

    设计意图：此例题的设置旨在帮助学生理解“双星模型”的基本特征，掌握“双星问题”的基本处理手段。

    例7：已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式：一种是三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行；另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上，并沿外接于等边三角形的圆轨道运行。设每个星体的质量均为m。

    （1）试求第一种形式下，星体运动的线速度和周期；

    （2）假设两种形式星体的运动周期相同，第二种形式下星体之间的距离应为多少？

    设计意图：设置该例题的目的是在理解基本“双星问题”的基础上，应用万有引力定律进一步解决实际的“三星问题”。

    四、见识天体周期性相对运动

    例8：科学家在地球轨道外侧发现了一颗绕太阳运行的小行星，经过观测该小行星每隔t时间与地球相遇一次，已知地球绕太阳公转半径是R，周期是T，设地球和小行星都是圆轨道，求小行星距太阳的距离。

    设计意图：通过该例题可以让学生见识“卫星追赶问题”，此题解答的关键是弄清“小行星每隔t时间与地球相遇一次”的确切含义，即每过t时间地球比小行星多转一周。

    五、与地理知识相关联的问题

    例9：赤道上空的某一颗同步卫星定点位置与东经98°的经线在同一平面内，若把嘉峪关处的经度和纬度近似采取东经98°和北纬40°，已知地球半径R，地球自转周期T，地球表面重力加速度g和光速c，求该卫星发出的微波信号传到嘉峪关处接收站所需的时间。

    设计意图：设置此题的目的是让学生见识天体运动与地理知识相结合的综合性问题，解答的关键是能画出嘉峪关、地心、卫星三个位置之间的关系图，再由几何知识求解。在解答的过程中还要能够熟练利用物理和地理、数学等学科知识。

    上述呈现的复习课逻辑化处理策略，不是概括罗列知识点，而是提出一些创设性的问题，把问题作为教学的出发点，顺应了学生的心理需要，从而避免了学生的漫不经心，体现了学生的主体地位。教学中变“讲练讲”为“练讲练”，这需要教师进行有针对性的设计、对题目精心选编，课堂中逐次递进，让学生的逻辑思维能力得到训练和提升。

    参考文献：

    王祥东：实验教学的逻辑化处理策略[J].中学物理教学参考，2016（10）：16-18

    王安民：中学物理教学策略[M].重庆：重庆出版集团重庆出版社，2009（101-107）