大學物理基礎理論與軍事技術的連通問題研究

周鳴宇　吳世永　李慧

摘? 要：該文研究梳理出大學物理階段教學知識點，通過找出與軍事連通的相關實例，使教學內容上不但偏重于物理理論的全面性、系統性和嚴謹性，而且使大學物理教學具有鮮明的軍事應用特色，突出了軍事應用背景。把現代高科技軍事裝備與物理原理有機結合，為學員能夠適應后續專業課程的學習筑牢基礎，為部隊崗位的實際需要做好準備。

關鍵詞：大學物理? 軍事技術? 知識連通

中圖分類號：G642 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（b）-0204-02

大學物理作為一門基礎學科，在教學中要注意與現代科學技術的發展和交叉學科緊密結合起來，尤其是軍事院校的基礎物理課程教學要與科學、技術和軍事對接起來。讓物理內容與軍事生活、科學技術相聯系，使學員強烈感受到物理學有趣、有用，現代高科技、現代軍事裝備充滿了物理原理[1]，使學員強烈體會到物理學對未來軍事訓練的指導作用。2017年軍委下發了《大學物理教學大綱》，同樣特別提出了要加強物理學與軍事問題的融合滲透，將軍事應用典型實例引入教學的要求。因此，將物理學前沿、熱點及應用選取相關內容適當充入教材，哪怕是閱讀部分，也會使大學物理內容更貼近軍事，貼近實際，有利于素質教育的全面推進。

1? 實際物理教學呈現出的與軍事連通問題

目前海軍院校大多《大學物理》課程采用高等教育出版社出版，馬文蔚主編、2014年7月出版的《物理學》（第6版）教材，依據該教材的大學物理課程主要有以下幾個方面與筆者學校學員的培養目標存在不相適應的地方：一是內容上多偏重于物理理論的全面性、系統性和嚴謹性，但對物理原理的實際應用重視不夠。二是物理原理的應用實例及例題習題缺乏軍事背景。教材中所引用的應用實例、例題、習題基本都是經過抽象得出的物理問題或者是一般的生活、工程應用實例，很少具有軍事背景，與軍隊院校的課程培養目標不相符。三是部分內容存在與專業課銜接不當的問題，使得大學物理課程的基礎和橋梁作用沒有充分得到發揮。

2? 物理與軍事連通的解決對策

通過研究，針對學員大學物理知識梯度過大、與軍事專業關聯不夠的情形，筆者所在課程組把教材內容改造成適合大學低年級學員尤其是飛行學員能普遍接受和理解的形式，使其具有鮮明的軍事應用特色，以適應后續專業課程的學習和部隊崗位的實際需要。課題組收集編寫了《大學物理軍事應用材料》，其中包括與軍事應用相關的近30個擴展閱讀材料和近80道例題、習題，涵蓋力學、振動波動、熱學、電磁學和近代物理等大多數大學物理內容。具體包括以下幾方面。

2.1 力學部分

（1）利用牛頓定律解釋艦載機起飛時彈射器和攔阻索的作用。

（2）把動量定理運用到飛機與飛鳥相撞事件和火箭飛行原理。

（3）把角動量守恒運用到飛機的螺旋槳設置和陀螺儀的定向導航方面。

（4）加強相對運動內容的講解，為學員以后在空中作戰時正確選擇投彈時機和正確判斷敵機相對位置提供理論基礎。

（5）適當增加的流體力學基礎內容，讓學員明白飛機升力的由來。

2.2 振動和波動部分

（1）振動部分中著重對簡諧振動運動形式的理解和描述，介紹阻尼振動、受迫振動的形成成因，共振的來源等，而減少簡諧振動能量和合成的講解。

（2）利用多普勒效應解釋多普勒聲納工作原理。多普勒聲納是根據多普勒效應研制的一種利用水下聲波來測量艦艇速度的精密儀器.多普勒聲納一般安裝在艦艇的底部，有一個發射器和一個接收器組成，發射器沿著固定的傾角，斜向海底發射一束超聲波OP，該束超聲波在海底會發生漫反射，其中必定有一定強度的PO方向射回位于O的接收器，超聲波在水中傳播的速度遠遠大于艦艇前進的速度。

（3）利用多普勒效應解釋激波現象，了解音障和音爆的產生。

2.3 熱學部分

弱化氣體動理論內容，強化熱力學基礎的4個熱力學過程和循環過程，而對比較難理解的熱力學第二定律和熵等內容僅做了解性講解。

（1）利用氣體狀態方程和熱力學第一定律，明白噴氣發動機燃料的選擇。

（2）利用氣體絕熱膨脹解釋槍械消音器原理。槍的聲音主要是來自子彈出膛時，空氣沖出槍口時巨大的壓力，火藥產生了高溫氣體的高壓脈沖會對外面的空氣引起沖擊震動，因此子彈出膛時會產生極大的噪聲。要消除高速氣流撞擊空氣帶來的爆炸聲，就要想辦法降低氣流速度。高速氣流進入消音器以后首先降壓，然后再從隔板中央的小孔會聚穿過，再膨脹降壓，反復幾次膨脹和會聚以后，氣流能量就會大大衰減。

2.4 電磁學部分

（1）著重掌握電場性質和靜電場中的導體，能夠較好地掌握飛行過程中與靜電相關的危害和相應的防范措施。掌握電容器相關的應用及計算，了解電容器作為定向能武器儲能元件的作用。

（2）強化帶電粒子和載流導線在磁場中受力的內容，為學員掌握先進的電磁軌道炮和粒子束武器等做知識儲備。磁學部分弱化“磁場中的磁介質”內容。

（3）電磁感應部分著重電磁感應在復雜電磁環境對電磁信號的屏蔽、電磁脈沖彈和電磁線圈炮的應用。例如，電磁線圈炮主要由若干個沿軸向排列的驅動線圈，彈丸、彈載線圈和驅動電源組成，彈載線圈是繞在彈丸上的，每個驅動線圈由各自的驅動電源依次供電，先給線圈1供電，其他線圈咱不供電，有電磁感應定律可知，在彈體上的線圈有感應電流產生，該電流方向與線圈1的電流方向相反，因而彈體受到一個斥力被向前推進。當彈體進入線圈2時，線圈2又接通電流，彈體受到斥力繼續加速，這樣彈體受到一系列加速而獲得很高的發射速度。

2.5 光學

（1）理解光程和光程差在激光測距儀上的應用。激光測距儀分為脈沖法測距儀和相位法測距儀。相位法測距儀就是利用檢測發射光和反射光在空間中傳播時發生的相位差來檢測距離。

（2）利用劈尖干涉測量戰斗機表面的阻力系數。在機翼表面均勻涂上硅油，硅油在氣流作用下，逐漸變薄形成這種劈尖形的油膜。當用單色光照射時，油膜上下表面的反射光會發生干涉，產生明暗相間的干涉條紋。阻力系數不同時，形成的干涉條紋是不同的。

（3）重點講述楊氏雙縫干涉的原理，并能夠分析其在飛機降落時應用。當霧霾等能見度不高的天氣時，在有一些機場，楊氏雙縫干涉的實驗原理被應用在飛機安全導航系統中，指導飛機安全降落。在飛機跑道兩側對稱地放置兩個相同的發射相同頻率無線電波的天線，兩個天線裝置類似于兩個可發出相干光的狹縫。天線發出的兩列無線電波在空間發生干涉現象;在空間某些區域內干涉加強，某些區域內干涉減弱;類似于楊氏雙縫實驗中的亮條紋和暗條紋。由對稱性可知，沿著跑道的方向為中央零級最大值所在位置，也是飛機降落的位置，空間信號最強，飛機上安裝有相應的無線電波接收裝置，當飛機經過干涉加強區域時，接收裝置顯示信號加強，飛機駕駛員按照干涉信號強的區域駕駛并使飛機始終接收到該加強的信號，如果駕駛員發現的是中央零級最大值區域，飛機將準確地定位在正確的降落跑道上。

（4）重點講述光柵衍射，分析相控陣雷達的基本原理，讓學員將來在使用相控陣雷達時能夠充分發揮其優勢。通過移相器改變相鄰入射微波的相位差，達到了與光柵斜入射時相同的效果，從而實現對天線波束方向的控制，使天線波束在一定范圍內實現相控掃描。相控陣雷達是以電子方式控制天線波束的方向而非傳統的機械轉動方式，因而沒有機械慣性，可高速掃描;通過增加輻射單元陣列的規模就可以有效地提高輻射功率、作用距離、分辨率等。

（5）利用光的干涉原理解釋激光陀螺和雷達波吸收涂層的原理。

（6）掌握光的偏振內容，了解偏振片在飛行眼鏡、偽裝目標的偏振識別和偏振光導航中的應用。偏振光導航。太陽光本身不是偏振光，但當它穿過大氣層，受到大氣分子或塵埃等顆粒的散射后，變成了偏振光。螞蟻就是利用偏振光來導航的，人們從它的眼睛結構中得到啟示，制成了偏振光天文羅盤，為航行的艦船、飛機、導彈提供了一種新的導航手段。有了偏振光天文羅盤，即使在烏云密布的天氣或日出前及日落后，人們仍可利用天空中的偏振光來定向，再不能使用磁羅盤的高緯度地區，例如南極、北極，可以用偏振光羅盤來代替航海、航空用的磁羅盤。

2.6 近代物理

（1）由質能方程了解核裂變、核聚變和核輻射，具備核污染和核防護的基本能力。

（2）掌握熱輻射和維恩位移定律在紅外制導技術、紅外對抗中應用。

紅外制導是利用目標自身的紅外輻射來引導導彈和其他武器裝備自動接近目標，以提高命中率。紅外對抗是指通過消除目標與背景之間紅外輻射的差別，使敵方紅外探測設備失靈，達到保護目標的作用。主要的手段有紅外干擾機、紅外誘餌、紅外煙霧和紅外隱身等。紅外干擾機通過模擬被保護目標的紅外輻射并加以調制，使敵方導彈的制導系統產生誤差從而攻擊不到目標。紅外誘餌利用不同的材料燃燒時發出的紅外輻射特性不同的原理，通過發射紅外曳光彈、放熱氣球、噴射燃油等制作假象，引誘敵紅外制導的導彈偏離目標，保護自己。

（3）利用光電效應掌握微光夜視儀的工作原理。微光夜視儀就是將夜間微弱的夜天光放大成千上萬倍，讓人們在夜間也可以進行觀察。

3? 結語

隨著科技的進步，大量信息技術及高科技武器裝備在軍事訓練領域得到廣泛應用，軍隊院校作為部隊培養人才的主陣地，擔負著培養具有優良軍事素質、堅實科學底蘊的新型軍事人才的重任，更需要搭建能適應信息化戰爭需求的新型軍事訓練體系。通過大學物理與軍事知識的連通，培養學員科學實戰訓練思維，在未來指導軍人實戰訓練時將發揮重要作用。

參考文獻

[1] 教育部高等學校大學物理課程教學指導委員會.解放思想，力爭超越，進一步推進基礎物理教學改革創新的倡議[J].中國大學教學，2014（11）：4-6.

[2] 吳世永，曲亮生，李慧，等.大學物理蘊含的科學思維方法在實戰訓練中的體現[J].物理與工程，2014，24（5）：59-61.

[3] 東南大學等編，馬文蔚等改編.物理學（下冊）[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.