設置物理習題情境對學生進行軍事科技教育

仲新元

(徐州市中小學教研室 江蘇 徐州 221002)

在我國科技工作者多年堅持不懈的努力下，中國人民解放軍的軍事裝備逐步實現(xiàn)了現(xiàn)代化，極大地增強了戰(zhàn)斗力，為保衛(wèi)國家安寧做出了巨大貢獻.這些都極大地鼓舞著中學校園中的青少年學生，涌現(xiàn)出了大量熱衷于軍事裝備技術的“軍迷”.

對于學生的這一愛好，如果我們進行正確引導，把軍事科技知識設計為物理情境，則可對物理教學起到非常好的促進作用.這既能激發(fā)學生的學習興趣，也能讓學生更加深刻地理解學過的物理學概念，更好地提高學生應用物理學原理解決實際問題的能力.從長遠來說，是培養(yǎng)國防科技后繼人才的一條途徑,也是在物理教學中進行STS教育的好方法.

在當前的評價體系下，學生的課業(yè)負擔還是比較重的，難以抽出時間學習這方面的知識.因此，我們應因勢利導，依據(jù)學生的興趣愛好設置物理教學情境.除了在課堂教學中的相關知識點把軍事科技設為情境外，筆者發(fā)現(xiàn)，將其作為物理習題效果更好.原因是：

(1)習題是物理教學的重要方面.用它可檢驗對物理學概念和原理的理解，發(fā)現(xiàn)學習中存在的問題，培養(yǎng)對學過知識的應用能力.因此，做習題是學生每天必做的“功課”，通過它來了解軍事科技知識，則可做到“天天讀、年年想”了.

(2)由于習題中可以涉及各方面的物理學原理，因此它的情境可以更寬泛、更靈活，設置起來也更方便.除了可涉及正在學習的內(nèi)容，還可很自然地涉及已經(jīng)學過的內(nèi)容，甚至是跨學科或者工程技術及社會熱點的內(nèi)容.

(3)習題是真實問題的模擬.學生在讀題、審題、分析、解題的過程中，就接觸、了解、理解了相關的軍事科技原理，建立起了物理模型和數(shù)學模型，提高其解決問題的能力.

(4)雖然習題中涉及的內(nèi)容是初級的、粗糙的、原始的，但它的問題意識、綜合性較強，提高學生提出問題、分析問題和解決問題的能力的作用是非常大的.

(5)讓學生在興趣盎然中解題，用學過的物理知識解決自己所喜愛領域的問題，成就感和滿足感是不言而喻的，在愉悅中極大地降低了學生對習題的厭惡感.

基于以上認識，筆者在教研工作中編制了很多以軍事科技為情境的物理習題，供廣大教師選用、改編和參考.下面簡舉幾例.

我國試飛殲-20成功，引起了廣大學生的極大興趣.筆者編制了如下習題.

【例1】我國的殲-20戰(zhàn)機成功飛上藍天，人民空軍又將增添一種保衛(wèi)祖國領空的利器，也標志著我國航空工業(yè)取得了長足的進展.殲-20具有的最顯著特性之一是它的隱身性，即當敵方雷達波照射到機身上時，只有極少的波束被沿原路線反射回去，使雷達無法探測到飛機.

要使飛機做到隱身，常有兩種途徑,一是在飛機上涂裝吸波材料，將照射過來的雷達電磁波吸收掉.

問題1：吸波材料吸收了雷達波后，將電磁能最終轉(zhuǎn)化成了涂層的______能而不能被反射回去.

二是不使機身上的部件表面間構成直角反射面.這是因為雷達波也遵從和光的反射定律相同的反射規(guī)律.

問題2：試用兩個構成直角的反射面作圖說明,當雷達波束照射到其中一個反射面上后，無論入射角如何，都將被沿入射方向的反方向反射回去.并由此推論三個互成直角的反射面的情況.實際上，只有三個互成直角的反射面才能使電磁波沿相反的方向反射回去，這就構成了所謂的“角反射器”.

殲-20的發(fā)動機噴口是可以偏轉(zhuǎn)的，亦稱矢量推力發(fā)動機，這樣使它具有極好的機動性.

問題3：發(fā)動機噴口偏轉(zhuǎn)，可迅速地改變推力的______.

網(wǎng)上流傳的可打擊航空母艦的我國“東風-21”彈道導彈，也吊足了“軍迷”們的胃口.據(jù)此筆者編制了如下習題.

【例2】在航空技術中，常用“馬赫數(shù)”表征飛行器速度.所謂“馬赫數(shù)”，即飛行器飛行速度和音速的比值，用字母M表示.在國慶60周年慶典的閱兵式上，我軍向世界展示了建國以來裝備現(xiàn)代化建設的成就.其中的“東風-21”型彈道導彈，它可由地面、船舶或潛艇上發(fā)射.據(jù)外界權威軍事專家分析，它可以做為反艦導彈使用，專門用來對付號稱“海洋霸主”的航空母艦.

“東風-21”發(fā)射后先飛出大氣層，高速到達目標區(qū)后再入大氣層，射程愈2 700 km，此時速度達M≥ 10，給入侵的敵航空母艦以滅頂之災.

問題1：“東風-21”導彈進入大氣層后的速度至少可達______km/h .

“東風-21”導彈高速再入大氣層后，彈體溫度急速升高，這對制造導彈的材料提出了較高要求.

問題2：溫度升高，表明彈體的______能增大，這是因彈體克服______力做功而產(chǎn)生的.

彈體周圍的空氣達到非常高的溫度，像在彈體外包了一層帶電粒子層，使敵方的雷達難以探測到.

問題3：這時空氣分子之所以成為帶電粒子，是因為這些分子被______了.

“東風-21”導彈的速度遠大于任何敵艦上防空導彈的速度，因此不太可能攔截它.

即使它被敵防空兵器僥幸擊中，它的殘骸仍能從上至下勢如破竹般高速射向敵艦，給其以“滅頂”般重創(chuàng).

問題4：殘骸的高速度來自于

A．空氣推力 B．慣性和重力

C．擊中它的敵彈 D．裝在我艦上的裝置

問題5：高速飛行的殘骸能重創(chuàng)敵艦，是因為它們具有

A．較大的射程 B．尖銳的外形

C．較大勢能 D．較大動能

我國改建的“瓦良格”號航空母艦海試和在建新航空母艦的消息，使學生“軍迷”們對我國航空母艦的建造關注度大幅提升，并很想了解飛機在航空母艦上起飛和降落的原理，有的學生甚至根據(jù)所學過的物理知識提出了很多富有建設性的意見.筆者因勢利導，編制了知識普及性、可讀性都很強的習題.

【例3】飛機起飛往往都要先在跑道上加速滑行一段距離，使飛機獲得必須的起飛速度.

問題1：在這一階段，飛機

A．運動狀態(tài)沒有發(fā)生變化

B．機械能是守恒的

C．起落架對地面的壓強越來越小

D．沒有克服阻力做功

在降落時也需要在跑道上減速滑行一段距離才能停下來.早期的飛機因起飛速度較小，因而滑行距離較短，航空母艦的飛行甲板的長度基本上就可以滿足要求了.現(xiàn)代噴氣式飛機的速度很快，因此也要求跑道很長.在地面上的跑道一般都在1 000 m以上.

航空母艦受艦體長度的限制，不可能具有如此長的跑道.因此，從航空母艦上起飛的飛機需要專門的助推裝置，如利用壓縮空氣的、火箭的推力為飛機加速等.1950年英國軍事工程技術人員率先研制成功了利用蒸汽的飛機彈射器，每小時可起飛40架飛機.由于這種彈射器可靠性高、速度快而經(jīng)不斷改進后被沿用至今.現(xiàn)美國正在研制電磁彈射器，意在更快捷地彈射飛機.

問題2：若一架飛機被彈射器以1.8 × 106N的力拉著滑跑90 m后起飛，則彈射器對飛機做的功為______J.

蒸汽彈射器每彈射1架中型戰(zhàn)斗機約需1 t淡水生成的蒸汽，對能源的消耗非常大.

問題3：由此可見，彈射起飛是蒸汽將______能轉(zhuǎn)化為______能的過程.

為了節(jié)約能源，故意使飛機在飛至飛行甲板盡頭時速度略低于起飛速度，而使飛機沖出甲板后有一個下沉量(圖1).這相當于延長了跑道，彈射器也可以少做功.

圖1 飛機沖出甲板后下沉

問題4：這樣做的原理是______________.

飛機在航空母艦上降落時又需要特殊的阻攔減速裝置.很多航空母艦對降落的飛機使用阻攔索增強減速作用.這種阻攔索是用直徑3.5 cm的鋼索制成的，鋼索通過滑輪與甲板下的液壓緩沖器相連接.它可使飛機在70～100 m內(nèi)停下.速度達195 km/h的22.7 t艦載機可在92 m內(nèi)達到靜止.對有故障不能正常降落的飛機，還要使用阻攔網(wǎng).

問題5：阻攔索在使飛機減速的過程中，下列說法中不正確的是

A．飛機的運動狀態(tài)發(fā)生了變化

B．飛機的動能越來越小

C．飛機的機械能不變

D．鋼索的彈性勢能變大

除了最新科研成果，筆者還注意將我國的兵器發(fā)展史設為情境，也能達到上述的效果.

【例4】我國為了加強國防建設，擺脫軍事裝備受制于人的狀況，于1958年10月啟動了自行研制水陸坦克的項目.經(jīng)過努力攻關，1959年上半年制成了兩輛樣車，向中華人民共和國建國10周年大慶獻了一份厚禮.由于是1963年5月定型投入規(guī)模生產(chǎn)，因此這型水陸坦克稱為63式.

63式水陸兩用坦克地面行駛的最大速度可達64.2 km/h ，水中行駛時最大速度可達12 km/h.當時，美國最好的水陸坦克地面行駛的最大速度約為19 m/s，水中速度約為2 m/s.

問題1：比較這兩種坦克的最大速度，下列說法中正確的是

A．陸地和水中都是中國的快

B．陸地和水中都是美國的快

C．陸地上中國的快，水中是美國的快

D．陸地上美國的快，水中是中國的快

63式水陸兩用坦克質(zhì)量為18.4 t，每條履帶和地面接觸的面積為1.63 m2.

問題2：當它在水平的地面上行駛時，整車對地面壓強約為______kPa.

水陸坦克主要是在水中遂行戰(zhàn)斗任務，因此水中性能是評價它的最重要指標.

問題3：當它浮在水中行駛時，浸入水中車體的體積約等于______m3.

工程上常用“馬力”作為功率的單位，1馬力 = 735 W.

問題4：63式水陸兩用坦克使用的發(fā)動機銘牌上有“功率：400馬力”字樣，這表明這種發(fā)動機的額定功率為______kW.

戰(zhàn)斗車輛常用“單位功率”，即平均每噸車體可供消耗的功率表征它的機動性能.

問題5：63式水陸坦克的單位功率約為______kW/t.

除現(xiàn)代軍事科技外，還有些情境可直接源于歷史事件，如關于抗日戰(zhàn)爭的.

【例5】1938年9月，在抗日戰(zhàn)爭的武漢會戰(zhàn)過程中，中國軍隊在萬家?guī)X幾乎全殲了日寇的精銳部隊106師團，取得了繼平型關、臺兒莊大捷后的又一次大的勝利.戰(zhàn)斗中，日寇在潰敗時因指南針不起作用而總逃不出中國軍隊的包圍圈.指南針不起作用的可能的原因是

A．萬家?guī)X地區(qū)太潮濕

B．指南針旁邊有電池

C．附近地下存在鐵礦

D．指南針的外殼是銅制成的

圖2 珍藏于中國航空博物館中的石磙子

【例6】圖2為中國航空航天博物館收藏的石磙子.1941年，美國的陳納德將軍率領“飛虎隊”援助中國人民的抗日戰(zhàn)爭，云南人民拉著它冒著日寇的轟炸掃射壓實修建飛機跑道的基礎，為中國人民的抗日戰(zhàn)爭史寫下了可歌可泣的一頁.

美國也曾專門來向我國索取了一個這樣的石磙子，千里迢迢運到美國航空博物館作為重要收藏品向公眾展出，向人們昭示中美人民共同抗擊日本法西斯的歷史.

關于選用石磙子的原因，下列說法中不正確的是

A．增大壓力 B．增大壓強

C．拉時省力 D．無需做功

本文中所選的例題都是針對初中生的.但這樣的習題情境同樣可以用于高中習題中.如例3在用于高中階段的學生時，則可將其改造，增加諸如加速度、牛頓第二定律、能量轉(zhuǎn)化的分析和計算等內(nèi)容，也可增加如在大加速度條件下人體承受的過載等問題.另外，利用高中物理教學要求，還可讓學生分析像“瓦良格”號那樣的滑翹式飛行甲板對飛機的附加升力等問題.這樣做的結果，能較好地實現(xiàn)初高中間的教學銜接.

諸如此類的習題還有很多，有關于電磁炮的、夜視儀的、空降兵器具及發(fā)展史的等等，盡可能實現(xiàn)圖文并茂.有的習題還配上了相應的擴展性閱讀短文.對一些需要深層次探究的兵器原理，則給出了進一步查閱的資源，如相關網(wǎng)站等，讓感興趣的學生更多、更詳細地了解兵器的原理及制約因素，培養(yǎng)學生的探究和資料檢索能力.

使用過這類習題的教師都認為，這些習題順應了新課程改革發(fā)展學生能力的要求；順應了學生的認知能力和興趣愛好；也順應了當前的學業(yè)評價體系，能夠在更大程度上培養(yǎng)、發(fā)展學生應用學過的物理知識發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力.