萬有引力與航空技術

李少淮

摘 要： 萬有引力與航空技術這種問題在研究上十分抽象，不能夠通過眼睛直觀觀察到，這便要求我們學生不僅要具有一定的空間想象能力，還要具有較強的運算能力，這種高要求使得高中學生普遍認為這部分知識學習起來較為困難，導致在高考中，此類型問題的得分率普遍較低。鑒于此，為了能夠使我們學生更好地掌握這部分的知識和內容，提高在高考中的得分率，本文將對其進行詳細探討。

關鍵詞：萬有引力 航空問題 問題分析

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）01-0146-01

前言

萬有引力是高中物理學科中的重要組成部分，也是與航空技術息息相關的內容。為了能夠利用萬有引力進一步發展我國的航空技術，我們身為高中生應當在學習中充分掌握萬有引力的相關知識和內容，不僅能夠在一定程度上提高我們的高考成績，未來也許還能夠為促進我國航天事業的發展做出一定貢獻。下面筆者就對萬有引力與航空技術在高考中的關聯問題進行闡述。

一、萬有引力與航空技術問題的高考解析

1.萬有引力與航空技術問題的高考命題解析

高考在考察萬有引力與航空技術的問題上，主要是用于在分析衛星的發射、繞地運動以及衛星返回地球等方面的問題，這類問題因為有難度有熱度也十分受到高考命題老師的喜歡。我們在解答這類問題時，常使用類比或是遷移等方法，將地球上所存在的問題遷移到其它星體上，但是必須注意的是在遷移以后，所采用的計算常量都應當以該星體上的常量進行計算。

2.應對萬有引力與航空技術問題的有效策略

我們在解答航空技術有關萬有引力的問題時，應當掌握兩個重要的方程，一個是萬有引力給衛星所提供的向心力，即

其中r指的是衛星或其它天體運行的軌道半徑。而當衛星接近星體表面時，兩者之間所具有的萬有引力則相同于衛星在星體上的重力，即，其中R表示的是星體半徑。通過這兩個公式便能夠解決很多航空相關問題。

二、衛星運動相關問題分析

1.衛星的發射

衛星在發射過程中，當助推力大于衛星的重力時才能夠使其脫離地球的引力而發射到太空中。根據此原理延伸出很多相似的問題，如人向上拋石頭，當到達一個頂點時，物體便會下落直到落到地上。例如，已知甲向上拋出一個物體，初始速度為v初，當經過t秒后，物理回落到星體表面，該星體的半徑為R，求當沿星球表面拋出速度為多大時，所拋出的物體才能夠不落回到星體表面。在解決此類問題時，首先應當先計算該星球的常量重力加速度a，即，得出，由于水平拋出物體，不會落回地面，只能圍繞星球做向心運動，因此有公式，以此能夠解出。

2.衛星的運行

衛星在運行過程中會遵從一定的規律，并且每個衛星都擁有自己的運行軌道，最為人們所熟知的便是地球同步衛星，該衛星距離地球大概有3.6萬公里，能夠覆蓋地球的每一個角落。而當前人們所使用的GPS系統主要是美國衛星所提供的服務，這些衛星距離地球大概為2萬公里，衛星數量為24個。根據萬有引力相關知識和公式能夠計算出，用于定位的美國GPS衛星相較于地球同步衛星擁有更大的線速度。從衛星的發射和運行都能夠應用到上述兩個最基本的公式。

3.衛星的返回

當衛星返回地球時，為了能夠使衛星安全著陸，在其處于自由落體運動的狀態時，應當點燃衛星上的緩沖火箭，其在噴漆過程中會受到一個向上的力和加速度，能夠使衛星一直保持減速運動的狀態，從而降低衛星下落的速度，使其在著陸時盡量減少損害。例如，我國的嫦娥工程，每次嫦娥號衛星發射都需要執行繞、落、回三個任務，衛星在完成這三個任務時便會涉及萬有引力，因此我們學生應當學習和了解這部分知識，了解影響衛星運動的各種要素，同時利用萬有引力的定律和公式計算出改變衛星狀態所需要附加的力。

三、航空天體問題同牛頓運動定律之間的結合

1.超重和失重問題

所謂超重主要是指物體所產生的壓力大于其本身的重力，失重則正好相反。物體無論是出現超重還是失重，主要是因為物體在垂直方向上存在一個加速度，我們可以根據加速度出現的具體情況，利用相關理論進行求解。我們要了解超重和失重的具體情況，應當充分掌握萬有引力的相關知識和內容，并且還應當知道萬有引力相當于物體的重力。例如，當我們乘坐電梯時，電梯在上升過程中我們雙腳的支撐力便處于超重的狀態；而當上升停止時，人體上升的速度大于電梯的上升速度，則處于失重的狀態。

2.拋體運動問題

我們在平時能夠見到很多拋物運動，如平拋、上拋、自由落體等。在其它星體上也能夠做類似的運動，在計算相關問題時，只需要將平常所使用的重力加速度改成該星體的重力加速度，這種解答問題的方法也被人們稱為類比。例如，當某人在一個半徑為R的星球上向上拋出質量為m的物體，該物體被拋出的初始速度為v初，當經過t秒之后，該物體重新回答拋物者的手中，求該物體平拋速度為多大時，才能夠不落到地面圍繞星球做圓周運動。該問題的解答方式同衛星發射問題存在很大的相似之處，應當利用類比的方法解答這類問題，通過分析和計算最后得出只有當水平拋出速度時，物體才能夠不掉回星球表面。

總結

總之，基于我國教育體制的大范圍改革，高考也發生了重大變化，越來越重視與現實問題的聯接。我們學生為了能夠在高考中解決萬有引力與航空技術相關的問題，應當充分學習和掌握相關知識和內容，不僅提高我們的高考成績，也能夠實現對航空技術的了解，無論是對生活還是對未來發展都有一定的助益。

參考文獻

[1]邢崇禮.萬有引力與航空教學應用研究[J].教育，2016，12（25）：00024-00024.

[2]胡博.《萬有引力與航天》課件制作綜述[J].中國信息技術教育，2013，01（02）：125-129.

[3]譚程.萬有引力與航天技術[J].中學生數理化：高一版，2007，01（02）：51-53.