從“遼寧號(hào)”談物理試題中的STS

物理源自于社會(huì)生活與生產(chǎn)，并隨著生活和生產(chǎn)的需求而不斷發(fā)展，同時(shí)也為科技的迅猛發(fā)展與應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。為了引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會(huì)，突顯物理學(xué)科的特點(diǎn)，各地的高考物理試題中，出現(xiàn)了不少以現(xiàn)實(shí)生活和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)應(yīng)用為背景的試題。以STS為背景，考查基本的物理問(wèn)題、物理模型，從而使得試題煥發(fā)生機(jī)，很好地體現(xiàn)了從生活走向物理，從物理走向社會(huì)的新課程理念，是近幾年高考考查的熱點(diǎn)問(wèn)題。處理此類題目關(guān)鍵是提煉物理原理，建立物理模型，然后利用物理知識(shí)解答。

本文將從高中物理的角度出發(fā)，盤(pán)點(diǎn)年度科技熱點(diǎn)問(wèn)題，并探討其中的物理知識(shí)及可能的出題考查方向。

熱點(diǎn)一 “遼寧號(hào)”順利完成艦載機(jī)起降訓(xùn)練

據(jù)報(bào)道：我國(guó)第一艘航母“遼寧號(hào)”交接入列后，已順利進(jìn)行了殲—15飛機(jī)起降飛行訓(xùn)練，航母平臺(tái)和飛機(jī)的技術(shù)性能得到了充分驗(yàn)證，艦機(jī)適配性能良好，達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

點(diǎn)評(píng)：目前世界上航母艦載機(jī)的起飛方式大致有三種，一種是彈射式起飛，一種是滑躍式起飛，還有一種是垂直起飛。其中彈射式起飛在高中階段多被簡(jiǎn)化為多階段的勻變速直線運(yùn)動(dòng)。教材中已有類似的題目，高考中對(duì)多階段的勻變速直線運(yùn)動(dòng)的考查也不少見(jiàn)。

為了盡量縮短艦載飛機(jī)起飛時(shí)的滑行距離，航空母艦還需逆風(fēng)行駛。這里對(duì)問(wèn)題做了簡(jiǎn)化。

分析：本題為航空母艦艦載飛機(jī)彈射式起飛模型。涉及知識(shí)為勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移和速度的關(guān)系。

拓展延伸：遼寧艦采用的是滑躍式起飛，艦艏與飛行甲板呈10到15度的坡度，如圖1所示。艦載機(jī)以一定的尚未達(dá)到起飛速度的速度滑跑后沿著上翹的斜坡沖出甲板，形成斜拋運(yùn)動(dòng)，在剛脫離母艦的一段（幾十米）距離內(nèi)繼續(xù)在空中加速以達(dá)到起飛速度。因此，如以遼寧艦為背景出題，由于起飛方式的變化，將會(huì)在上例的基礎(chǔ)上加以改造和拓展為多過(guò)程問(wèn)題+斜面問(wèn)題，綜合考查摩擦力、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、勻變速直線運(yùn)動(dòng)，難度有所增加。解決問(wèn)題的關(guān)鍵仍是正確受力分析，準(zhǔn)確分析出物體在每一階段的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。

圖1

熱點(diǎn)二 “好奇號(hào)”著陸過(guò)程：從太空到火星表面的恐怖7分鐘

“好奇號(hào)”火星探測(cè)器是一個(gè)汽車大小的火星遙控設(shè)備。它是美國(guó)第四個(gè)火星探測(cè)器，也是第一輛采用核動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的火星車，其使命是探尋火星上的生命元素。2011年11月26日23時(shí)2分，“好奇號(hào)”火星探測(cè)器發(fā)射成功，順利進(jìn)入飛往火星的軌道。2012年8月6日成功降落在火星表面，展開(kāi)為期兩年的火星探測(cè)任務(wù)。

在行星際航行過(guò)程中，火星車折疊裝載于進(jìn)入艙內(nèi)。著陸過(guò)程的第一步，火星車與推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)分離。作為鎮(zhèn)重物的鎢塊從進(jìn)入艙中彈出，變?yōu)槎嬉?，改變進(jìn)入艙的重心位置。進(jìn)入艙以極超音速（約6　000米/秒）進(jìn)入火星上層大氣，摩擦減速產(chǎn)生的巨大熱量被隔熱罩吸收。同時(shí)，進(jìn)入艙水平飛行減速，側(cè)面的火箭推進(jìn)器點(diǎn)火，控制艙體落向預(yù)定著陸點(diǎn)。

進(jìn)入艙到達(dá)10千米高度，彈出降落傘，降落傘長(zhǎng)50米，直徑21.5米。降落傘彈出后，進(jìn)入艙立刻拋棄隔熱罩，打開(kāi)地面?zhèn)鞲欣走_(dá)系統(tǒng)。到達(dá)約2千米的高度時(shí)，進(jìn)入艙的速度大約是100米/秒——這差不多也是最終的速度了，火星大氣最多也就能把進(jìn)來(lái)的飛行器減速到這個(gè)程度，不過(guò)對(duì)于安全著陸來(lái)說(shuō)，還是太快了。此時(shí)，火星車從降落傘下脫離，背包式火箭推進(jìn)器點(diǎn)火，控制火星車下降。在火星地面上空約20米的高度，火星車被懸掛在三根纜繩上，這種結(jié)構(gòu)叫做“空中吊臂”，車輪與懸架裝置展開(kāi)到位，火星車著陸，著陸速度約為0.75米/秒。

熱點(diǎn)三 天宮一號(hào)與神舟九號(hào)載人交會(huì)對(duì)接

2012年，天宮一號(hào)與神九的載人交會(huì)對(duì)接無(wú)疑為中國(guó)航天史上掀開(kāi)極具突破性的一章，然而這一切，都是為了“空間站”的搭建。中國(guó)計(jì)劃在2014年發(fā)射太空站的核心艙，然后以核心艙為基礎(chǔ)，再對(duì)接實(shí)驗(yàn)艙、貨運(yùn)飛船。預(yù)計(jì)我國(guó)的空間站整個(gè)重量大約是60噸，其中核心艙20噸，還有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙、載人飛船、貨運(yùn)飛船?！伴L(zhǎng)征五號(hào)”采用無(wú)毒無(wú)污染推進(jìn)劑，它的運(yùn)載能力是25噸，完全有能力將核心艙送入太空。國(guó)際空間站預(yù)計(jì)在2020年退役，而到2020年，中國(guó)將建成自己的太空家園，那時(shí)，中國(guó)空間站或?qū)⒊蔀槭澜缥ㄒ坏目臻g站。

此外，2010年升空的“嫦娥二號(hào)”繼續(xù)它的太空之旅。在拉格朗日2點(diǎn)環(huán)繞軌道上飛行了235天，出色地完成了觀察太陽(yáng)的任務(wù)后，于2012年4月15日受控飛翔距離地球大約1000萬(wàn)千米深邃的太陽(yáng)系空間，預(yù)計(jì)2012年底或2013年初開(kāi)展對(duì)4179號(hào)小行星的飛越與交會(huì)實(shí)驗(yàn)，為未來(lái)的小天體探測(cè)積累經(jīng)驗(yàn)。

點(diǎn)評(píng)：萬(wàn)有引力定律、天體的運(yùn)動(dòng)和人造衛(wèi)星與國(guó)家科技水準(zhǔn)密切相關(guān)，一直是高考的熱點(diǎn)內(nèi)容。此部分內(nèi)容的試題無(wú)論怎么變化，都不能脫離兩個(gè)關(guān)鍵方程即，，其中向心加速度

有很多變化，記住這些變化以及各物理量的對(duì)應(yīng)性就可以適應(yīng)此類考題的變化。試題難度中等，不可失分。

分析：求解人造衛(wèi)星問(wèn)題一般有兩條基本思路，一是萬(wàn)有引力提供向心力，二是在地球表面附近時(shí)萬(wàn)有引力看做與重力相等。

A.　線速度大于地球的線速度

B.　向心加速度大于地球的向心加速度

C.　向心力僅由太陽(yáng)的引力提供

D.　向心力僅由地球的引力提供

解析：根據(jù)，A正確；根據(jù)，B正確；向心力由太陽(yáng)和地球的引力的合力提供，C、D錯(cuò)誤。