高中物理知识在航空航天领域应用探究

黄泽远

【摘 要】随着我国综合国力的全面提升，我国航天航空领域也在日益前进，“嫦娥奔月”、“神州升天”让我们国家航天梦飞速前进。因此，为了更好地适应时代发展的需求，最近几年，高中物理教材文本或是试题上经常会出现一些同航天领域有关的物理知识。同时这也充分体现了高中物理知识在生活中的运用要求。故而，我们高中生在为祖国为自豪的同时，还必须要认真学好科技知识。本人根据所学知识，深入探究了高中物理知识在航空航天领域方面的应用，作为学生，文化水平知识有限，文中难免会存在一些不足之处，还恳请各位专家和老师给予批评指正。

【关键词】航空航天领域；高中物理知识；运用

中图分类号： G634.7 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）34-0228-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.094

近年來，随着我国科技一日千里的发展，我国在航空航天事业方面取得了较为显著成绩。有效为我国教育指明了发展道路，同时航空航天领域方面的知识也有效渗透到教学知识中。物理这门学科在了解航空航天知识方面有着至关重要的，同时二者也有着非常紧密的联系。纵观这几年的高考物理试题，我们不难发现，很多素材都是来自于航空航天方面。比如，力学知识、万有引力定律知识与航空航天知识的应用原理之间有着直接关系。同时，近年来高考中的热点都是选于航空航天领域方面的知识点。因此，作为学生的我们要通过各种途径了解物理知识在航空航天领域的运用。

1 分析高中物理与航空航天技术之间的联系

天文学在世界物理学史占据着至关重要的地位，天文学作为物理学衍生出一个分支。在人类认识宇宙和物理学进步的过程中占据着非常重要地位。随着社会的发展，天文学到了现代社会主要用在航空航天事业当中，每一次天文学的进步或是发展都在很大程度上助推了社会进步发展[1]。

随着社会的发展，在现阶段教育事业中，航空航天知识也渗透到其中，特别是在高中物理学科中，在高中物理学科中，万有引力定律是非常重要的一部分，一直以来都在高考中占据主导地位，作为一项高度融合的科学技术，航空航天逐渐融高中物理知识中，同时航空航天也渗透到热学、力学等知识中，并逐渐走进高中物理，作为航空航天技术原理支持的高中物理受到越来越多人的重视，故而，作为高中生的我们要深入探究高中物理知识在航天领域的应用[2]。

2 高中物理知识在航天领域的应用

最近几年，随着我们国家在太空探索领域研究方面的不断发展，2003年在万众瞩目下，我国成功发射第一艘载人飞船。这次发射标志着我国在外太空探索道路上一次质的飞跃。之后，我国投入了大量的人力物力开始建设宇宙空间站，通过各方的不努力，通过“长征”系列运输火箭成功在太空组建了“天宫”空间站，有效地为我国航天工作顺利有序发展，打下牢固的基础。高中物理知识在我国探索太空的道路上，提供了重要保障。

（一）高中物理知识在神奇的宇航服的应用

在我们国家探索航天道路上，宇航员翟志刚身穿宇航服出舱活动让成千万名人们为之心动，这一伟大举措，告知世界人民，中国制造宇航服能够有效适应外太空，同时还能确保宇航员的安全。通过高中物理的学习，我们深知太空环境属于高真空状态。宇航服在宇航员进入太空后，要及时为其提供同地球相同内部气压环境。故而，进入太空之后，宇航服的内外两侧就成释放出巨大的气压差。所以，设计人员宇航服的设计过程中，必须要考虑到气压问题。唯有这样，才能设计出安全可靠的宇航服[3]。另外，宇航员的宇航服还有很多神奇之处，研究发现，其第一层为隔热层，这样设计的目的，主要是为了进一步避免宇宙温度过热、过冷对宇航员所造成伤害。第二层，液冷层的设置隔热层主要是为了保证宇航员身体热量的稳定，以及有效地进行散热。液冷层同气体导热比较，液体的导热效率更高。第三层，主要是多功能层，由于这层在最外面。故而，具备防辐射、防磨等功能，除此之外，这层也是各种数字化接区。所以说，宇航服的功能不仅丰富，且其功能还较为全面。对于宇航员而言，宇航服就是保护伞，有效地保障宇航员的生命安全。

（二）高中物理知识在人造卫星的运动方面的应用

通过对高中物理知识的学习，我们深知人造卫星，主要就是指人类发射的航天器，同时并围绕着特定星球进行运动。在本次研究中，我们以人造地球卫星为例，我们通过高中物理知识的学习，了解到人造地球卫星，根据卫星运行轨道高度的差异性，我们可其将其分为三种，即，低轨道卫星、高轨道以及中轨道[4]。一般来说，特殊人造地球卫星主要是地球同步轨道卫星，这种人造地球卫星，同地球自转角速度相同，同时与地球赤道高度轨道以及同心固定，另外，特殊人造地球卫星还同地球保持相对静止状态。为什么地球与轨道卫星高度相同呢？对此，我们可以使用高中物理当中的万有引力定律来进行解释：

上述公式中，G是万有引力常数；m是卫星质量，M地球质量；T地球自传周期；R0地球半径H是卫星地面的高度；因此，我们可以有效分析出，地球同步轨道卫星高度同G、M、T、R0有关。所以，这对于地球同步轨道卫星而言，G、M、T、R0这些数据都是固定不变的，故而，这就可以解释出为什么地球与轨道卫星具有较高的一致性。

（三）高中物理知识在变轨方面的应用

众所周知，宇宙航天中，卫星或是宇宙飞船从发射到升上太空，以及到太空正常运行。卫星和宇宙飞船在这个过程中，必定会涉及到成千上万次轨道变迁问题。这一问题同高中物理知识息息相关。同时这一问题也是我们高中物理学习的难点和重点问题。通常情况下，宇宙航天当中卫星和飞船都主要是从地面发射后，他们就会进入离地球距离最近轨道进行运动，倘若遇到卫星或是飞船速度发生较大的变化之后，卫星或是飞船就会迅速变换轨道，同时并自主进入椭圆轨道进行圆周运动。如果卫星或是飞船达到椭圆轨道远地点后，同上述一样，会进行再次变化轨道，并且还会进入到另一个圆的轨道当中进行圆周运动。研究发现，卫星或是宇宙飞船升空，再到之后进入太空运行中，如果卫星和飞船运行速度变化下降的时候，他们则会机械能贴心运动，运动一段时间后，他们又会回到原来的轨道进行之前的圆周运动。在最近几年的高考中，这类问题是非常热门的，如下题目：已知，“嫦娥一号”绕地球运行中，需要经过图一所示的三次椭圆变轨。请问“嫦娥一号”在三次变轨的椭圆轨道上正常运行的时候，下A、B、C、D选项当中那一种是错误的：

我们在解答上题当中，可以根据高中物理所学=恒量，其中为椭圆轨道半长轴，之后我们在通过计算后排除A、C、D，就是得到本题的答案B选项。

（四）高中物理知识在太空飞船微重力环境的运用

如果我们有着一双善于观察的眼睛，我们经常会在科幻电影当中观察到飞船的中活动舱往往都是处在一种旋转状态的，并且飞船当中的宇航员以及工作人员并不是漂浮在太空中的，他们可以像在地球上一样行走。通过高中物理的学习，我们了解到这主要是利用了离心力的作用。我们在忽视动力来源的情况下，可以有效利用高中物理当中离心力公式分析，旋转角速度越来，就说明其离心力就越大，同时也表示抵消失重效果就越好。

F=m公式当中，公式当中，V为物体旋转的线速度；m为物体质量；r=旋转半径。

实际上，航天器工作人员所受作用力是双向性的，其不仅来自于地球，同时其受力还包括宇宙当中的其他星体，加之每个人都存在一定的个体差异。故而，我们必须要通过微重力环境来选择航天器的旋转速度，唯有如此，才能进一步规避引力合力同离心力所发生剧烈变化。

3 高中生进行航天知识学习的途径探索

高中阶段的物理学习往往更偏向于理论化，将理论与实践结合起来进行学习的机会不多，换言之，高中生物理实践能力相对缺乏是一个普遍现象，因此对航天知识的了解也显得比较缺乏，因此，加强实践学习，提升高中生航天知识基础对促进高中物理学习具有重要作用。

（一）在物理课堂上学习航天知识

航天知识看似深奥，实际上在高中物理学习中很多课程都有所涉及，可以说，航天是一项与高中生学习和生活都联系紧密的一门课程。随着我国互联网技术的不断深入发展，在网络中对自己感兴趣的知识进行自主查找学习，将课堂上学习到的诸如万有引力、宇宙速度等相关知识进行自主带入，充分利用网络学习更多的航天知识。同时，将互联网上学到的知识在课堂上进行运用，不仅能够激发其他同学对物理学习的兴趣，同时也能够展现出自己丰富的物理航天知识储备，提升学习自信。

（二）建立并完善自身学习网络

天文学是航空航天知识的理论支撑之一，天文学与高中物理的渗透体现在电磁学以及力学等诸多方面。通过对近年来高考物理试题进行简单的分析不难发现，万有引力、物体圆周运动等方面的试题都是高中物理与天文学知识领域在航空航天领域的重要体现，这有助于帮助高中生正确认识物理学科与天文学之间的关系。而在天文学中，开普勒定律（行星运动定律）也是极为重要的，学生在学习过程中，通过了解、熟悉开普勒三大定律，掌握“行星沿椭圆轨道运动，而太阳则位于椭圆轨道的二个焦点之一”、“在相同时间内，半径向量所扫过的面积是相等的”及“二个行星绕太阳运动的轨道的周期时间平方之比等于二个轨道与太阳的平均距离的立方之比”知识之后，对于宇宙中行星的运动轨迹也能有所认识，对于有关航天知识的兴趣也更为浓厚。因此，在学习的过程中，学生要能够基于天文学相关航天知识提升自身物理知识网络，不断完善自身综合航天知识体系。

4 结语

綜上所述，随着我国各项事业的综合发展，我国航空航天领域也取得了举世瞩目的成就。航空航天知识作为我国综合国力提升的一个重要表现，与人们的生活联系也越来越紧密。在高中阶段培养自己对航空航天科学领域的兴趣，既是教育体制不断深化改革下高中物理学习的发展趋势，同时也是实现我国航空航天事业延续辉煌发展的根本途径。

【参考文献】

[1]朱良宏.“中国人的飞天梦想”在高中物理宇宙航天学习中的畅想[J].中学生数理化：学习研版，2016（12）：32-33.

[2]陈昱至.小议中学物理中关于航空航天的问题[J].科技展望，2017，27（4）.

[3]张玉涵.走出地球摇篮：人类飞天梦想的实现和对太空的探索与利用[M].科学出版社，2015.

[4]姚斓.小议中学物理中关于航空航天的问题[J].青年科学：教师版，2014，35（1）.