高中物理知識(shí)在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用探究

黃澤遠(yuǎn)

【摘 要】隨著我國(guó)綜合國(guó)力的全面提升，我國(guó)航天航空領(lǐng)域也在日益前進(jìn)，“嫦娥奔月”、“神州升天”讓我們國(guó)家航天夢(mèng)飛速前進(jìn)。因此，為了更好地適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求，最近幾年，高中物理教材文本或是試題上經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些同航天領(lǐng)域有關(guān)的物理知識(shí)。同時(shí)這也充分體現(xiàn)了高中物理知識(shí)在生活中的運(yùn)用要求。故而，我們高中生在為祖國(guó)為自豪的同時(shí)，還必須要認(rèn)真學(xué)好科技知識(shí)。本人根據(jù)所學(xué)知識(shí)，深入探究了高中物理知識(shí)在航空航天領(lǐng)域方面的應(yīng)用，作為學(xué)生，文化水平知識(shí)有限，文中難免會(huì)存在一些不足之處，還懇請(qǐng)各位專(zhuān)家和老師給予批評(píng)指正。

【關(guān)鍵詞】航空航天領(lǐng)域；高中物理知識(shí)；運(yùn)用

中圖分類(lèi)號(hào)： G634.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）34-0228-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.094

近年來(lái)，隨著我國(guó)科技一日千里的發(fā)展，我國(guó)在航空航天事業(yè)方面取得了較為顯著成績(jī)。有效為我國(guó)教育指明了發(fā)展道路，同時(shí)航空航天領(lǐng)域方面的知識(shí)也有效滲透到教學(xué)知識(shí)中。物理這門(mén)學(xué)科在了解航空航天知識(shí)方面有著至關(guān)重要的，同時(shí)二者也有著非常緊密的聯(lián)系?？v觀這幾年的高考物理試題，我們不難發(fā)現(xiàn)，很多素材都是來(lái)自于航空航天方面。比如，力學(xué)知識(shí)、萬(wàn)有引力定律知識(shí)與航空航天知識(shí)的應(yīng)用原理之間有著直接關(guān)系。同時(shí)，近年來(lái)高考中的熱點(diǎn)都是選于航空航天領(lǐng)域方面的知識(shí)點(diǎn)。因此，作為學(xué)生的我們要通過(guò)各種途徑了解物理知識(shí)在航空航天領(lǐng)域的運(yùn)用。

1 分析高中物理與航空航天技術(shù)之間的聯(lián)系

天文學(xué)在世界物理學(xué)史占據(jù)著至關(guān)重要的地位，天文學(xué)作為物理學(xué)衍生出一個(gè)分支。在人類(lèi)認(rèn)識(shí)宇宙和物理學(xué)進(jìn)步的過(guò)程中占據(jù)著非常重要地位。隨著社會(huì)的發(fā)展，天文學(xué)到了現(xiàn)代社會(huì)主要用在航空航天事業(yè)當(dāng)中，每一次天文學(xué)的進(jìn)步或是發(fā)展都在很大程度上助推了社會(huì)進(jìn)步發(fā)展[1]。

隨著社會(huì)的發(fā)展，在現(xiàn)階段教育事業(yè)中，航空航天知識(shí)也滲透到其中，特別是在高中物理學(xué)科中，在高中物理學(xué)科中，萬(wàn)有引力定律是非常重要的一部分，一直以來(lái)都在高考中占據(jù)主導(dǎo)地位，作為一項(xiàng)高度融合的科學(xué)技術(shù)，航空航天逐漸融高中物理知識(shí)中，同時(shí)航空航天也滲透到熱學(xué)、力學(xué)等知識(shí)中，并逐漸走進(jìn)高中物理，作為航空航天技術(shù)原理支持的高中物理受到越來(lái)越多人的重視，故而，作為高中生的我們要深入探究高中物理知識(shí)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用[2]。

2 高中物理知識(shí)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用

最近幾年，隨著我們國(guó)家在太空探索領(lǐng)域研究方面的不斷發(fā)展，2003年在萬(wàn)眾矚目下，我國(guó)成功發(fā)射第一艘載人飛船。這次發(fā)射標(biāo)志著我國(guó)在外太空探索道路上一次質(zhì)的飛躍。之后，我國(guó)投入了大量的人力物力開(kāi)始建設(shè)宇宙空間站，通過(guò)各方的不努力，通過(guò)“長(zhǎng)征”系列運(yùn)輸火箭成功在太空組建了“天宮”空間站，有效地為我國(guó)航天工作順利有序發(fā)展，打下牢固的基礎(chǔ)。高中物理知識(shí)在我國(guó)探索太空的道路上，提供了重要保障。

（一）高中物理知識(shí)在神奇的宇航服的應(yīng)用

在我們國(guó)家探索航天道路上，宇航員翟志剛身穿宇航服出艙活動(dòng)讓成千萬(wàn)名人們?yōu)橹膭?dòng)，這一偉大舉措，告知世界人民，中國(guó)制造宇航服能夠有效適應(yīng)外太空，同時(shí)還能確保宇航員的安全。通過(guò)高中物理的學(xué)習(xí)，我們深知太空環(huán)境屬于高真空狀態(tài)。宇航服在宇航員進(jìn)入太空后，要及時(shí)為其提供同地球相同內(nèi)部氣壓環(huán)境。故而，進(jìn)入太空之后，宇航服的內(nèi)外兩側(cè)就成釋放出巨大的氣壓差。所以，設(shè)計(jì)人員宇航服的設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須要考慮到氣壓?jiǎn)栴}。唯有這樣，才能設(shè)計(jì)出安全可靠的宇航服[3]。另外，宇航員的宇航服還有很多神奇之處，研究發(fā)現(xiàn)，其第一層為隔熱層，這樣設(shè)計(jì)的目的，主要是為了進(jìn)一步避免宇宙溫度過(guò)熱、過(guò)冷對(duì)宇航員所造成傷害。第二層，液冷層的設(shè)置隔熱層主要是為了保證宇航員身體熱量的穩(wěn)定，以及有效地進(jìn)行散熱。液冷層同氣體導(dǎo)熱比較，液體的導(dǎo)熱效率更高。第三層，主要是多功能層，由于這層在最外面。故而，具備防輻射、防磨等功能，除此之外，這層也是各種數(shù)字化接區(qū)。所以說(shuō)，宇航服的功能不僅豐富，且其功能還較為全面。對(duì)于宇航員而言，宇航服就是保護(hù)傘，有效地保障宇航員的生命安全。

（二）高中物理知識(shí)在人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)方面的應(yīng)用

通過(guò)對(duì)高中物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，我們深知人造衛(wèi)星，主要就是指人類(lèi)發(fā)射的航天器，同時(shí)并圍繞著特定星球進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。在本次研究中，我們以人造地球衛(wèi)星為例，我們通過(guò)高中物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，了解到人造地球衛(wèi)星，根據(jù)衛(wèi)星運(yùn)行軌道高度的差異性，我們可其將其分為三種，即，低軌道衛(wèi)星、高軌道以及中軌道[4]。一般來(lái)說(shuō)，特殊人造地球衛(wèi)星主要是地球同步軌道衛(wèi)星，這種人造地球衛(wèi)星，同地球自轉(zhuǎn)角速度相同，同時(shí)與地球赤道高度軌道以及同心固定，另外，特殊人造地球衛(wèi)星還同地球保持相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。為什么地球與軌道衛(wèi)星高度相同呢？對(duì)此，我們可以使用高中物理當(dāng)中的萬(wàn)有引力定律來(lái)進(jìn)行解釋?zhuān)?/p>

上述公式中，G是萬(wàn)有引力常數(shù)；m是衛(wèi)星質(zhì)量，M地球質(zhì)量；T地球自傳周期；R0地球半徑H是衛(wèi)星地面的高度；因此，我們可以有效分析出，地球同步軌道衛(wèi)星高度同G、M、T、R0有關(guān)。所以，這對(duì)于地球同步軌道衛(wèi)星而言，G、M、T、R0這些數(shù)據(jù)都是固定不變的，故而，這就可以解釋出為什么地球與軌道衛(wèi)星具有較高的一致性。

（三）高中物理知識(shí)在變軌方面的應(yīng)用

眾所周知，宇宙航天中，衛(wèi)星或是宇宙飛船從發(fā)射到升上太空，以及到太空正常運(yùn)行。衛(wèi)星和宇宙飛船在這個(gè)過(guò)程中，必定會(huì)涉及到成千上萬(wàn)次軌道變遷問(wèn)題。這一問(wèn)題同高中物理知識(shí)息息相關(guān)。同時(shí)這一問(wèn)題也是我們高中物理學(xué)習(xí)的難點(diǎn)和重點(diǎn)問(wèn)題。通常情況下，宇宙航天當(dāng)中衛(wèi)星和飛船都主要是從地面發(fā)射后，他們就會(huì)進(jìn)入離地球距離最近軌道進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，倘若遇到衛(wèi)星或是飛船速度發(fā)生較大的變化之后，衛(wèi)星或是飛船就會(huì)迅速變換軌道，同時(shí)并自主進(jìn)入橢圓軌道進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)。如果衛(wèi)星或是飛船達(dá)到橢圓軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)后，同上述一樣，會(huì)進(jìn)行再次變化軌道，并且還會(huì)進(jìn)入到另一個(gè)圓的軌道當(dāng)中進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星或是宇宙飛船升空，再到之后進(jìn)入太空運(yùn)行中，如果衛(wèi)星和飛船運(yùn)行速度變化下降的時(shí)候，他們則會(huì)機(jī)械能貼心運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，他們又會(huì)回到原來(lái)的軌道進(jìn)行之前的圓周運(yùn)動(dòng)。在最近幾年的高考中，這類(lèi)問(wèn)題是非常熱門(mén)的，如下題目：已知，“嫦娥一號(hào)”繞地球運(yùn)行中，需要經(jīng)過(guò)圖一所示的三次橢圓變軌。請(qǐng)問(wèn)“嫦娥一號(hào)”在三次變軌的橢圓軌道上正常運(yùn)行的時(shí)候，下A、B、C、D選項(xiàng)當(dāng)中那一種是錯(cuò)誤的：

我們?cè)诮獯鹕项}當(dāng)中，可以根據(jù)高中物理所學(xué)=恒量，其中為橢圓軌道半長(zhǎng)軸，之后我們?cè)谕ㄟ^(guò)計(jì)算后排除A、C、D，就是得到本題的答案B選項(xiàng)。

（四）高中物理知識(shí)在太空飛船微重力環(huán)境的運(yùn)用

如果我們有著一雙善于觀察的眼睛，我們經(jīng)常會(huì)在科幻電影當(dāng)中觀察到飛船的中活動(dòng)艙往往都是處在一種旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的，并且飛船當(dāng)中的宇航員以及工作人員并不是漂浮在太空中的，他們可以像在地球上一樣行走。通過(guò)高中物理的學(xué)習(xí)，我們了解到這主要是利用了離心力的作用。我們?cè)诤鲆晞?dòng)力來(lái)源的情況下，可以有效利用高中物理當(dāng)中離心力公式分析，旋轉(zhuǎn)角速度越來(lái)，就說(shuō)明其離心力就越大，同時(shí)也表示抵消失重效果就越好。

F=m公式當(dāng)中，公式當(dāng)中，V為物體旋轉(zhuǎn)的線速度；m為物體質(zhì)量；r=旋轉(zhuǎn)半徑。

實(shí)際上，航天器工作人員所受作用力是雙向性的，其不僅來(lái)自于地球，同時(shí)其受力還包括宇宙當(dāng)中的其他星體，加之每個(gè)人都存在一定的個(gè)體差異。故而，我們必須要通過(guò)微重力環(huán)境來(lái)選擇航天器的旋轉(zhuǎn)速度，唯有如此，才能進(jìn)一步規(guī)避引力合力同離心力所發(fā)生劇烈變化。

3 高中生進(jìn)行航天知識(shí)學(xué)習(xí)的途徑探索

高中階段的物理學(xué)習(xí)往往更偏向于理論化，將理論與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)不多，換言之，高中生物理實(shí)踐能力相對(duì)缺乏是一個(gè)普遍現(xiàn)象，因此對(duì)航天知識(shí)的了解也顯得比較缺乏，因此，加強(qiáng)實(shí)踐學(xué)習(xí)，提升高中生航天知識(shí)基礎(chǔ)對(duì)促進(jìn)高中物理學(xué)習(xí)具有重要作用。

（一）在物理課堂上學(xué)習(xí)航天知識(shí)

航天知識(shí)看似深?yuàn)W，實(shí)際上在高中物理學(xué)習(xí)中很多課程都有所涉及，可以說(shuō)，航天是一項(xiàng)與高中生學(xué)習(xí)和生活都聯(lián)系緊密的一門(mén)課程。隨著我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷深入發(fā)展，在網(wǎng)絡(luò)中對(duì)自己感興趣的知識(shí)進(jìn)行自主查找學(xué)習(xí)，將課堂上學(xué)習(xí)到的諸如萬(wàn)有引力、宇宙速度等相關(guān)知識(shí)進(jìn)行自主帶入，充分利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)更多的航天知識(shí)。同時(shí)，將互聯(lián)網(wǎng)上學(xué)到的知識(shí)在課堂上進(jìn)行運(yùn)用，不僅能夠激發(fā)其他同學(xué)對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)也能夠展現(xiàn)出自己豐富的物理航天知識(shí)儲(chǔ)備，提升學(xué)習(xí)自信。

（二）建立并完善自身學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)

天文學(xué)是航空航天知識(shí)的理論支撐之一，天文學(xué)與高中物理的滲透體現(xiàn)在電磁學(xué)以及力學(xué)等諸多方面。通過(guò)對(duì)近年來(lái)高考物理試題進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析不難發(fā)現(xiàn)，萬(wàn)有引力、物體圓周運(yùn)動(dòng)等方面的試題都是高中物理與天文學(xué)知識(shí)領(lǐng)域在航空航天領(lǐng)域的重要體現(xiàn)，這有助于幫助高中生正確認(rèn)識(shí)物理學(xué)科與天文學(xué)之間的關(guān)系。而在天文學(xué)中，開(kāi)普勒定律（行星運(yùn)動(dòng)定律）也是極為重要的，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，通過(guò)了解、熟悉開(kāi)普勒三大定律，掌握“行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，而太陽(yáng)則位于橢圓軌道的二個(gè)焦點(diǎn)之一”、“在相同時(shí)間內(nèi)，半徑向量所掃過(guò)的面積是相等的”及“二個(gè)行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道的周期時(shí)間平方之比等于二個(gè)軌道與太陽(yáng)的平均距離的立方之比”知識(shí)之后，對(duì)于宇宙中行星的運(yùn)動(dòng)軌跡也能有所認(rèn)識(shí)，對(duì)于有關(guān)航天知識(shí)的興趣也更為濃厚。因此，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，學(xué)生要能夠基于天文學(xué)相關(guān)航天知識(shí)提升自身物理知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，不斷完善自身綜合航天知識(shí)體系。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)各項(xiàng)事業(yè)的綜合發(fā)展，我國(guó)航空航天領(lǐng)域也取得了舉世矚目的成就。航空航天知識(shí)作為我國(guó)綜合國(guó)力提升的一個(gè)重要表現(xiàn)，與人們的生活聯(lián)系也越來(lái)越緊密。在高中階段培養(yǎng)自己對(duì)航空航天科學(xué)領(lǐng)域的興趣，既是教育體制不斷深化改革下高中物理學(xué)習(xí)的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)我國(guó)航空航天事業(yè)延續(xù)輝煌發(fā)展的根本途徑。

【參考文獻(xiàn)】

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