高中物理知識(shí)關(guān)于航天工程之應(yīng)用

韓鴻宇

（武漢市育才高級(jí)中學(xué)，湖北 武漢）

我國(guó)科技的迅猛發(fā)展，帶動(dòng)著各個(gè)領(lǐng)域技術(shù)的革新。航天領(lǐng)域更是在取得傲人的成績(jī)時(shí)，繼續(xù)堅(jiān)持不懈地進(jìn)步著。高中物理知識(shí)作為了解航天工程技術(shù)的基礎(chǔ)，更是被劃為高考的必考類題目。通過(guò)這種命題，拓展了中學(xué)生關(guān)于物理知識(shí)在航天工程領(lǐng)域中的應(yīng)用，亦增強(qiáng)了其對(duì)物理知識(shí)的理解與掌握。

一、衛(wèi)星變軌問題

為實(shí)現(xiàn)當(dāng)今航天事業(yè)的發(fā)展，我們就必須借用航天飛行器來(lái)解決相關(guān)問題和實(shí)踐相關(guān)理論。這就涉及高中物理中有關(guān)萬(wàn)有引力和圓周運(yùn)動(dòng)當(dāng)面的知識(shí)[1]。

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

2.原理：萬(wàn)有引力為人造衛(wèi)星圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)提供向心力，由于衛(wèi)星正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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(shí)現(xiàn)變軌，只需通過(guò)改變其中某個(gè)參數(shù)的數(shù)值便會(huì)使其他數(shù)據(jù)發(fā)生變化，從而達(dá)到變軌的目的。

3.途徑：當(dāng)人造衛(wèi)星在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)反沖做功，使人造衛(wèi)星擁有一個(gè)與之運(yùn)動(dòng)方向一致的推力，從而達(dá)到改變軌道半徑的作用。

人們正是通過(guò)對(duì)已掌握的物理知識(shí)進(jìn)行研究與實(shí)踐，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)人造衛(wèi)星的實(shí)時(shí)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(dòng)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(jìn)器正常工作時(shí)嚴(yán)格遵守了動(dòng)量守恒定律。當(dāng)火箭推進(jìn)器燃燒室中的燃料充分燃燒時(shí)，會(huì)在尾部放出大量高壓燃?xì)猓@些燃?xì)鈹y帶著巨大的動(dòng)能，由于動(dòng)量守恒，火箭就會(huì)得到一個(gè)等值的反作用能量（即發(fā)生反沖現(xiàn)象）。火箭就是根據(jù)這個(gè)原理，不斷加速，直至超過(guò)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(xué)問題

在航天器正常投入使用之前，各個(gè)部件都必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的力學(xué)環(huán)境檢，如：空氣動(dòng)力學(xué)、多體動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)等。簡(jiǎn)單舉例來(lái)說(shuō)，航天器的機(jī)體會(huì)攜帶大量液態(tài)推進(jìn)劑，當(dāng)其開始做某個(gè)運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)體內(nèi)的燃料會(huì)進(jìn)行晃動(dòng)，從而對(duì)其運(yùn)動(dòng)方向和容器產(chǎn)生影響。所以，在一切準(zhǔn)備就緒之前，力學(xué)上的問題必須得到妥善的解決。此外，通過(guò)對(duì)各種材料的不斷試驗(yàn)，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(guān)重要的。所以，力學(xué)問題的研究與發(fā)展，與我國(guó)航天工程技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，我們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)仔細(xì)鉆研[3]。

四、如何在物理課程中學(xué)習(xí)更多的航天工程知識(shí)

1.及時(shí)查閱相關(guān)的航天知識(shí)

許多同學(xué)都對(duì)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(shí)之外，我們應(yīng)該更多地去了解航天航空領(lǐng)域的知識(shí)。現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)十分發(fā)達(dá)，文獻(xiàn)也極容易查閱，當(dāng)我們碰見感興趣的案例時(shí)，不防抽出時(shí)間去多了解與學(xué)習(xí)。例如課本中所涉及的萬(wàn)有引力、質(zhì)能方程、相對(duì)論等知識(shí)，在書本上的介紹是十分有限的，對(duì)此，我們就應(yīng)對(duì)自己感興趣的部分進(jìn)行拓展和延伸，以此達(dá)到充分豐富自己航天知識(shí)的目的。此外，這樣的學(xué)習(xí)方式更能激發(fā)我們的學(xué)習(xí)熱情，在掌握和使用相關(guān)物理知識(shí)的能力上卓有成效。

2.自我梳理一套完整的知識(shí)框架

航天航空工程所涉及的知識(shí)和應(yīng)用非常廣泛和深?yuàn)W，但僅從物理學(xué)方面，我們可以從力學(xué)的簡(jiǎn)單問題入手，再慢慢加深對(duì)其知識(shí)的理解和掌握。就近幾年的高考物理試卷分析，天體學(xué)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(chǔ)物理知識(shí)并不能輕易解答。就如前幾年在考查天體學(xué)時(shí)常將開普勒三大定律引入考題，但是同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中并未進(jìn)行過(guò)深的探究與學(xué)習(xí)，此類題的失分也就較為嚴(yán)重和普遍。故此，這也就要求我們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中要更具有鉆研精神，并對(duì)偏冷門知識(shí)進(jìn)行進(jìn)一步學(xué)習(xí)，同時(shí)也說(shuō)明了國(guó)家對(duì)航天工程人才的培養(yǎng)極為重視。

高中物理知識(shí)在航天航空領(lǐng)域中發(fā)揮著巨大的作用，也是很多技術(shù)得以發(fā)展的基礎(chǔ)，這也暗示著我們有必要將中學(xué)的知識(shí)學(xué)扎實(shí)，這樣在未來(lái)的科研工作中才不會(huì)手足無(wú)措。