对“太阳与行星间引力”几个疑难点的探究，本文主要内容关键词为：几个论文,引力论文,行星论文,疑难论文,太阳论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
高中物理必修2第六章“万有引力与航天”中安排了“太阳与行星间的引力”一节，由于学生的认知水平的限制，加上教材给出的推导过程过简，缺少了一些必要的说明，导致在这一节的教学中，遇到了不少的困难，下面将学生所遇到的几个典型问题以师生对话的方式进行阐述，供大家参考。
学生1：老师，我们阅读“太阳与行星间的引力”这一节教材后有一些不明白的地方，请您给予解决。
②教材中消去T理由是“不同行星的公转周期T是不同的，F跟r关系的表达式中不应出现周期T，所以要设法消去T”，各行星的公转半径r不是也不一样吗，为什么不消去r?还有各行星的质量m不也是不一样的吗，为什么不消去m?
学生2：老师，教材中，由牛顿第二定律和开普勒第三定律，得出太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，跟行星到太阳的距离的二次方成反比结论。即：
从太阳与行星间相互作用的角度来看，两者的地位是相同的。既然太阳对行星的引力F与行星的质量成正比，行星对太阳的引力F′也应跟太阳
教师：作用力与反作用力不一定在大小上满足相同的表达形式。但是，由于引力的存在，行星与太阳的地位完全相当，牛顿在这里是猜测认为表达形式是一样的，这点在后来得到了证明，牛顿的猜测是完全正确的。这里可以用两根劲度系数不同的弹簧来类比，在这两个弹簧互相拉伸时，由于弹力的存在，两个弹簧的地位是完全相当的，故弹力的表达形式应该是相同的即F∝△L，只是劲度系数k不同罢了。可是，如果是弹簧与人手相互作用时，这样的作用力与反作用力在大小上就不可能满足相同的表达形式了。
学生3：老师，月—地检验中假定维持月球绕地球运动的力与使苹果下落的力真的是同一种力，在这样前提下究竟是如何对月球与苹果进行检验的呢？
教师：教材中的表述的确有点突兀和过简，其选择的研究对象并不是月球与苹果，而是另外选择了一个物体为研究对象，分别在月球轨道上和地表附近两种情况下进行研究，完全抛开了对月球与苹果的研究，增加了我们的理解难度。
为了验证地面上的苹果所受的重力与地球吸引月球、太阳吸引行星的力是同一性质的力，遵守同样的规律，牛顿做了著名的“月一地”检验，牛顿时代已经能比较精确地测定月地距离，月球公转的周期及自由落体的加速度。他的验证过程如下。
地球表面的苹果受到地球的引力
式中m′为地球表面的苹果质量，R为地球半径，由这个力引起的地球表面苹果的加速度（即重力加速度）
上式中v是月球围绕地球运动的线速度，T是月球作圆周运动的周期，r=R×60=60×6370km，得出
由此可见，从引力规律得出的月球的向心加速度和由其他方法得出的向心加速度完全吻合，因而验证了万有引力定律。
牛顿在研究了许多不同物体间的作用力都遵循上述引力规律之后，于是他把这一规律推广到自然界中任意两个物体间，于1687年正式发表了具有划时代意义的万有引力定律。牛顿把地球上的苹果所受的重力与天体间的引力视为性质相同的力，这种观点是革命性的。它使天体和地球处于同等地位，自古以来笼罩在天体上的神灵般的光环消失了，宇宙万物遵从同样的自然法则。
学生4：老师，我们在圆轨道的理想条件下推导出的万有引力定律，能与在椭圆轨道下推导出的规律一样吗？
教师：这里的推导是在圆轨道的理想化条件下进行的，得出的结果并不能认为一定可以适合于椭圆轨道。但是，在1666年，牛顿用了相当复杂的几何方法，并考虑到开普勒第二定律，明确地证明了在行星的椭圆轨道情况下，
依然成立。与牛顿同时代的胡克、哈雷等，他们认为行星绕太阳运动是受到太阳对它的引力，而且也提出引力的大小跟行星与太阳的距离的二次方成反比的设想，但没能给出证明。牛顿在前人的基础上，证明了如果太阳和行星的引力与距离的二次方成反比，则行星的轨迹是椭圆，并且阐述了普遍意义下的万有引力定律。
万有引力定律的建立，对物理学的发展具有深远的方法论意义。从第谷的观察，到开普勒的运动学描述，再上升到万有引力定律，以及进一步的猜想、验证，等等，为后人提供了建立物理学理论的一种模式。这之后的数百年，寻找不同事物之间的联系，建立统一的理论解释，已经成为众多物理学家坚持不懈的追求。
笔者在实际教学中对教材中关于万有引力定律的推导过程做了改进，并将“月一地检验”提前。这样不仅教学时间变得紧凑，更重要的是让学生体验了：从问题的提出、猜想与假设、演绎与推理、结论的得出、检验论证等更为完整的探究过程，而且这样推导更贴近牛顿的思维过程，逻辑上也更加严谨。
教材为教师搭建了教学活动平台，教师要通过这个平台不仅让学生掌握本节内容的知识与方法，而且要在教学活动中着力培养学生的创新能力、科学素养，潜移默化地影响学生的世界观、价值观、人生观。