【摘要】物理是中學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，與航空航天有著密切的聯(lián)系，應(yīng)用十分廣泛，本文就航天技術(shù)與高中物理知識的密切聯(lián)系進行了闡述。

【關(guān)鍵詞】航空航天 ?高中物理知識 ?萬有引力定律 ?動量守恒

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）40-0173-01

2003年10月15日9時我國自行研制的第一艘載人飛船成功發(fā)射，按預(yù)定軌道進入太空，繞行地球14圈后，安全著陸于內(nèi)蒙古主著陸場，為我國航天工作的進一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，開啟了我國航天技術(shù)的新篇章。至今，我國在航天領(lǐng)域已經(jīng)取得了舉世矚目的成就，現(xiàn)在，已開始著手宇宙空間站的建設(shè)。作為中學(xué)生，我們應(yīng)該清楚的認識到：高中物理是航空航天的基礎(chǔ)，只有夯實基礎(chǔ)知識，將來才能使自己更好的投身于國家的建設(shè)。

一、高中物理知識與航空航天的聯(lián)系

隨著我國航天事業(yè)的飛速發(fā)展，航空航天相關(guān)的熱點話題在近年來高考試題中也越來越明顯。這也體現(xiàn)了物理知識在科技發(fā)展、生活應(yīng)用等方面的實踐要求。進入準高三，我在梳理高中物理知識時，發(fā)現(xiàn)物理知識與航空航天有著非常緊密的聯(lián)系，高中物理中的力學(xué)、運動學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、能量動量守恒等知識均與航空航天密切相關(guān)。如飛機、返回艙外形的設(shè)計與動力學(xué)有關(guān)，宇航服設(shè)計與熱學(xué)有關(guān)，衛(wèi)星發(fā)射更是涉及到萬有引力、作用力與反作用力原理、能量動量守恒等諸多物理知識點。

二、物理知識在航空航天中的應(yīng)用

1.萬有引力定律在航天中的應(yīng)用

萬有引力定律與航空航天的聯(lián)系非常緊密，經(jīng)常會與圓周運動定律、重力加速度、牛頓運動定律等知識綜合考查。

例題：“神州”五號載人飛船發(fā)射成功，飛船繞地球14圈后安全返回，把飛船繞地球運行看作是在同一軌道上的勻速圓周運動，已知地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，飛船繞地球運行周期為T，飛船離地面的平均高度為h，可以分析出“神州”五號載人飛船有關(guān)的物理量的表達式如下：

地球表面物體m的重力等于萬有引力：mg=■，飛船運行的角速度：ω=■，萬有引力提供飛船做圓周運動的向心力：G■=man=m（■）2 r，飛船軌道半徑：r=■，飛船運行的線速度：V=■， 飛船運行的向心加速度：an=■■，飛船離地面高度h=■-R。

2.衛(wèi)星發(fā)射中的物理知識

高中物理知識中，第一宇宙速度為7.9km/s，衛(wèi)星發(fā)射速度不得低于此速度。我還從一些資料上了解了軌道傾角：航天器繞地球運行的軌道平面與地球赤道平面之間的夾角。按軌道傾角可將衛(wèi)星運行軌道分為四類：順行軌道、逆行軌道、赤道軌道和極地軌道。

我國“神舟”號試驗飛船是采用順行軌道發(fā)射的，順行軌道傾角小于90°，此軌道上的絕大多數(shù)衛(wèi)星離地面較近，高度僅為數(shù)百公里，又稱為近地軌道。我國位于北半球，要把衛(wèi)星送入此軌道，運載火箭要朝東南方向發(fā)射，這樣能夠充分利用地球自轉(zhuǎn)的部分速度，從而可以節(jié)約發(fā)射能量。

赤道軌道的傾角0°，軌道就在行星的赤道平面上，并且與行星運行的方向一致。地球上主要的通信衛(wèi)星和廣播電視轉(zhuǎn)播衛(wèi)星選取0°傾角，軌道高度約為35860千米，此時衛(wèi)星運行角速度與地球自轉(zhuǎn)角速度相同，衛(wèi)星定位于赤道某點上空，便于通信信號的定位傳送和獲取。

根據(jù)“牛頓第三定律”，兩個物體之間的作用力和反作用力，總是同時在同一條直線上，大小相等，方向相反?；鸺诎l(fā)射前總動量為零，當(dāng)點火燃燒后，高溫高壓的氣體從火箭尾部的噴管往后噴出，火箭得到了一個反作用力，使火箭獲得向上的巨大推力，克服自身的重力，向太空沖去。把火箭與噴出的氣體看成一個整體，這個整體的動量是守恒的。當(dāng)氣體膨脹時產(chǎn)生壓力，這個壓力使得火箭和氣體同時獲得了一個方向相反的沖量，沖量就是動量的變化量，而總的動量就是火箭的動量加上氣體的動量。氣體動量往后，火箭動量則往前，實現(xiàn)動量平衡。

3.衛(wèi)星變軌中的物理知識

繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星所需向心力由萬有引力提供。軌道半徑r確定后，與之對應(yīng)的衛(wèi)星線速度、周期、向心加速度也都是確定的。一旦衛(wèi)星發(fā)生變軌，即軌道半徑r發(fā)生變化，上述物理量都將隨之變化。衛(wèi)星先從小圓軌道變到橢圓軌道再到大圓軌道。這中間兩次都需要加速。第一次，衛(wèi)星從小圓軌道必須點火加速，使F向>F引（即m■> G■），讓衛(wèi)星做離心運動，遠離地球，此時地球為一個焦點，進入橢圓軌道，隨著離地球越來越遠，動能不斷轉(zhuǎn)化為勢能。第二次，在橢圓軌道的最遠點，也就是大圓軌道上，這時衛(wèi)星速度最小，此時的動能也最小。若想在此點上做大圓運動，此時需要再次點火加速，才能從當(dāng)前的橢圓軌道進入大圓軌道。否則，引力作用又回到橢圓軌道。但是第二次加速后的大圓軌道上衛(wèi)星的速度，要比小圓軌道上的速度小很多。

三、體會與收獲

開發(fā)宇宙，是人類長期以來的夢想，隨著我國航天事業(yè)的不斷發(fā)展，已經(jīng)在生物技術(shù)、環(huán)境探測、太空育種、自然災(zāi)害預(yù)報等多個領(lǐng)域取得了巨大突破?；仡欀袊娇蘸教彀l(fā)展史，在贊嘆之余，我也深刻得體會到，物理知識是航空航天的基礎(chǔ)。作為中學(xué)生，祖國的航天需要我們，我們在夯實高中物理知識的同時，更應(yīng)該開拓視野，拓展知識面，使自己成為對國家建設(shè)的有用人才。

作者簡介：

桑啟航（2001年5月-），男，河北邢臺二中高中在校學(xué)生。