高中物理知識關于航天工程之應用

韓鴻宇

（武漢市育才高級中學，湖北 武漢）

我國科技的迅猛發(fā)展，帶動著各個領域技術的革新。航天領域更是在取得傲人的成績時，繼續(xù)堅持不懈地進步著。高中物理知識作為了解航天工程技術的基礎，更是被劃為高考的必考類題目。通過這種命題，拓展了中學生關于物理知識在航天工程領域中的應用，亦增強了其對物理知識的理解與掌握。

一、衛(wèi)星變軌問題

為實現(xiàn)當今航天事業(yè)的發(fā)展，我們就必須借用航天飛行器來解決相關問題和實踐相關理論。這就涉及高中物理中有關萬有引力和圓周運動當面的知識[1]。

1.理解：人造衛(wèi)星在軌道運行時，某些不確定因素會對其運行軌道造成影響，使其緩慢地脫離其原有運行軌道。對此，我們就必須依靠裝載在衛(wèi)星上的小型發(fā)動機對其不確定因素造成的偏差進行糾正，使其回到正軌，并正常工作[2]。

2.原理：萬有引力為人造衛(wèi)星圍繞地球做勻速圓周運動提供向心力，由于衛(wèi)星正常運轉時，其線速度、半徑、向心加速度、周期都是確定且不變的。若衛(wèi)星需要實現(xiàn)變軌，只需通過改變其中某個參數(shù)的數(shù)值便會使其他數(shù)據(jù)發(fā)生變化，從而達到變軌的目的。

3.途徑：當人造衛(wèi)星在正常運轉時，通過反沖做功，使人造衛(wèi)星擁有一個與之運動方向一致的推力，從而達到改變軌道半徑的作用。

人們正是通過對已掌握的物理知識進行研究與實踐，從而實現(xiàn)了對人造衛(wèi)星的實時控制與監(jiān)控，使之正常地為人類工作。

二、火箭發(fā)射中的動量守恒問題

火箭之所以能成抵抗地球的引力而飛出去，正是由于火箭推進器正常工作時嚴格遵守了動量守恒定律。當火箭推進器燃燒室中的燃料充分燃燒時，會在尾部放出大量高壓燃氣，這些燃氣攜帶著巨大的動能，由于動量守恒，火箭就會得到一個等值的反作用能量（即發(fā)生反沖現(xiàn)象）?；鸺褪歉鶕?jù)這個原理，不斷加速，直至超過第一宇宙速度，脫離地球引力的束縛，飛離地球。

三、航天器材中的力學問題

在航天器正常投入使用之前，各個部件都必須經(jīng)過嚴格的力學環(huán)境檢，如：空氣動力學、多體動力學、結構動力學等。簡單舉例來說，航天器的機體會攜帶大量液態(tài)推進劑，當其開始做某個運動時，機體內(nèi)的燃料會進行晃動，從而對其運動方向和容器產(chǎn)生影響。所以，在一切準備就緒之前，力學上的問題必須得到妥善的解決。此外，通過對各種材料的不斷試驗，選出能夠承受巨大壓力的材料作為航天器的生產(chǎn)原料更是至關重要的。所以，力學問題的研究與發(fā)展，與我國航天工程技術的發(fā)展密切相關，我們在學習過程中應仔細鉆研[3]。

四、如何在物理課程中學習更多的航天工程知識

1.及時查閱相關的航天知識

許多同學都對航天航空工程有著濃厚的興趣，除了書本中題例所普及的航天知識之外，我們應該更多地去了解航天航空領域的知識?，F(xiàn)在的網(wǎng)絡十分發(fā)達，文獻也極容易查閱，當我們碰見感興趣的案例時，不防抽出時間去多了解與學習。例如課本中所涉及的萬有引力、質(zhì)能方程、相對論等知識，在書本上的介紹是十分有限的，對此，我們就應對自己感興趣的部分進行拓展和延伸，以此達到充分豐富自己航天知識的目的。此外，這樣的學習方式更能激發(fā)我們的學習熱情，在掌握和使用相關物理知識的能力上卓有成效。

2.自我梳理一套完整的知識框架

航天航空工程所涉及的知識和應用非常廣泛和深奧，但僅從物理學方面，我們可以從力學的簡單問題入手，再慢慢加深對其知識的理解和掌握。就近幾年的高考物理試卷分析，天體學的考察總是依托航天航空工程為背景。這類題的難度普遍不低，以我們的基礎物理知識并不能輕易解答。就如前幾年在考查天體學時常將開普勒三大定律引入考題，但是同學們在學習過程中并未進行過深的探究與學習，此類題的失分也就較為嚴重和普遍。故此，這也就要求我們在學習過程中要更具有鉆研精神，并對偏冷門知識進行進一步學習，同時也說明了國家對航天工程人才的培養(yǎng)極為重視。

高中物理知識在航天航空領域中發(fā)揮著巨大的作用，也是很多技術得以發(fā)展的基礎，這也暗示著我們有必要將中學的知識學扎實，這樣在未來的科研工作中才不會手足無措。