设置物理习题情境对学生进行军事科技教育

仲新元

(徐州市中小学教研室 江苏 徐州 221002)

在我国科技工作者多年坚持不懈的努力下，中国人民解放军的军事装备逐步实现了现代化，极大地增强了战斗力，为保卫国家安宁做出了巨大贡献.这些都极大地鼓舞着中学校园中的青少年学生，涌现出了大量热衷于军事装备技术的“军迷”.

对于学生的这一爱好，如果我们进行正确引导，把军事科技知识设计为物理情境，则可对物理教学起到非常好的促进作用.这既能激发学生的学习兴趣，也能让学生更加深刻地理解学过的物理学概念，更好地提高学生应用物理学原理解决实际问题的能力.从长远来说，是培养国防科技后继人才的一条途径,也是在物理教学中进行STS教育的好方法.

在当前的评价体系下，学生的课业负担还是比较重的，难以抽出时间学习这方面的知识.因此，我们应因势利导，依据学生的兴趣爱好设置物理教学情境.除了在课堂教学中的相关知识点把军事科技设为情境外，笔者发现，将其作为物理习题效果更好.原因是：

(1)习题是物理教学的重要方面.用它可检验对物理学概念和原理的理解，发现学习中存在的问题，培养对学过知识的应用能力.因此，做习题是学生每天必做的“功课”，通过它来了解军事科技知识，则可做到“天天读、年年想”了.

(2)由于习题中可以涉及各方面的物理学原理，因此它的情境可以更宽泛、更灵活，设置起来也更方便.除了可涉及正在学习的内容，还可很自然地涉及已经学过的内容，甚至是跨学科或者工程技术及社会热点的内容.

(3)习题是真实问题的模拟.学生在读题、审题、分析、解题的过程中，就接触、了解、理解了相关的军事科技原理，建立起了物理模型和数学模型，提高其解决问题的能力.

(4)虽然习题中涉及的内容是初级的、粗糙的、原始的，但它的问题意识、综合性较强，提高学生提出问题、分析问题和解决问题的能力的作用是非常大的.

(5)让学生在兴趣盎然中解题，用学过的物理知识解决自己所喜爱领域的问题，成就感和满足感是不言而喻的，在愉悦中极大地降低了学生对习题的厌恶感.

基于以上认识，笔者在教研工作中编制了很多以军事科技为情境的物理习题，供广大教师选用、改编和参考.下面简举几例.

我国试飞歼-20成功，引起了广大学生的极大兴趣.笔者编制了如下习题.

【例1】我国的歼-20战机成功飞上蓝天，人民空军又将增添一种保卫祖国领空的利器，也标志着我国航空工业取得了长足的进展.歼-20具有的最显著特性之一是它的隐身性，即当敌方雷达波照射到机身上时，只有极少的波束被沿原路线反射回去，使雷达无法探测到飞机.

要使飞机做到隐身，常有两种途径,一是在飞机上涂装吸波材料，将照射过来的雷达电磁波吸收掉.

问题1：吸波材料吸收了雷达波后，将电磁能最终转化成了涂层的______能而不能被反射回去.

二是不使机身上的部件表面间构成直角反射面.这是因为雷达波也遵从和光的反射定律相同的反射规律.

问题2：试用两个构成直角的反射面作图说明,当雷达波束照射到其中一个反射面上后，无论入射角如何，都将被沿入射方向的反方向反射回去.并由此推论三个互成直角的反射面的情况.实际上，只有三个互成直角的反射面才能使电磁波沿相反的方向反射回去，这就构成了所谓的“角反射器”.

歼-20的发动机喷口是可以偏转的，亦称矢量推力发动机，这样使它具有极好的机动性.

问题3：发动机喷口偏转，可迅速地改变推力的______.

网上流传的可打击航空母舰的我国“东风-21”弹道导弹，也吊足了“军迷”们的胃口.据此笔者编制了如下习题.

【例2】在航空技术中，常用“马赫数”表征飞行器速度.所谓“马赫数”，即飞行器飞行速度和音速的比值，用字母M表示.在国庆60周年庆典的阅兵式上，我军向世界展示了建国以来装备现代化建设的成就.其中的“东风-21”型弹道导弹，它可由地面、船舶或潜艇上发射.据外界权威军事专家分析，它可以做为反舰导弹使用，专门用来对付号称“海洋霸主”的航空母舰.

“东风-21”发射后先飞出大气层，高速到达目标区后再入大气层，射程愈2 700 km，此时速度达M≥ 10，给入侵的敌航空母舰以灭顶之灾.

问题1：“东风-21”导弹进入大气层后的速度至少可达______km/h .

“东风-21”导弹高速再入大气层后，弹体温度急速升高，这对制造导弹的材料提出了较高要求.

问题2：温度升高，表明弹体的______能增大，这是因弹体克服______力做功而产生的.

弹体周围的空气达到非常高的温度，像在弹体外包了一层带电粒子层，使敌方的雷达难以探测到.

问题3：这时空气分子之所以成为带电粒子，是因为这些分子被______了.

“东风-21”导弹的速度远大于任何敌舰上防空导弹的速度，因此不太可能拦截它.

即使它被敌防空兵器侥幸击中，它的残骸仍能从上至下势如破竹般高速射向敌舰，给其以“灭顶”般重创.

问题4：残骸的高速度来自于

A．空气推力 B．惯性和重力

C．击中它的敌弹 D．装在我舰上的装置

问题5：高速飞行的残骸能重创敌舰，是因为它们具有

A．较大的射程 B．尖锐的外形

C．较大势能 D．较大动能

我国改建的“瓦良格”号航空母舰海试和在建新航空母舰的消息，使学生“军迷”们对我国航空母舰的建造关注度大幅提升，并很想了解飞机在航空母舰上起飞和降落的原理，有的学生甚至根据所学过的物理知识提出了很多富有建设性的意见.笔者因势利导，编制了知识普及性、可读性都很强的习题.

【例3】飞机起飞往往都要先在跑道上加速滑行一段距离，使飞机获得必须的起飞速度.

问题1：在这一阶段，飞机

A．运动状态没有发生变化

B．机械能是守恒的

C．起落架对地面的压强越来越小

D．没有克服阻力做功

在降落时也需要在跑道上减速滑行一段距离才能停下来.早期的飞机因起飞速度较小，因而滑行距离较短，航空母舰的飞行甲板的长度基本上就可以满足要求了.现代喷气式飞机的速度很快，因此也要求跑道很长.在地面上的跑道一般都在1 000 m以上.

航空母舰受舰体长度的限制，不可能具有如此长的跑道.因此，从航空母舰上起飞的飞机需要专门的助推装置，如利用压缩空气的、火箭的推力为飞机加速等.1950年英国军事工程技术人员率先研制成功了利用蒸汽的飞机弹射器，每小时可起飞40架飞机.由于这种弹射器可靠性高、速度快而经不断改进后被沿用至今.现美国正在研制电磁弹射器，意在更快捷地弹射飞机.

问题2：若一架飞机被弹射器以1.8 × 106N的力拉着滑跑90 m后起飞，则弹射器对飞机做的功为______J.

蒸汽弹射器每弹射1架中型战斗机约需1 t淡水生成的蒸汽，对能源的消耗非常大.

问题3：由此可见，弹射起飞是蒸汽将______能转化为______能的过程.

为了节约能源，故意使飞机在飞至飞行甲板尽头时速度略低于起飞速度，而使飞机冲出甲板后有一个下沉量(图1).这相当于延长了跑道，弹射器也可以少做功.

图1 飞机冲出甲板后下沉

问题4：这样做的原理是______________.

飞机在航空母舰上降落时又需要特殊的阻拦减速装置.很多航空母舰对降落的飞机使用阻拦索增强减速作用.这种阻拦索是用直径3.5 cm的钢索制成的，钢索通过滑轮与甲板下的液压缓冲器相连接.它可使飞机在70～100 m内停下.速度达195 km/h的22.7 t舰载机可在92 m内达到静止.对有故障不能正常降落的飞机，还要使用阻拦网.

问题5：阻拦索在使飞机减速的过程中，下列说法中不正确的是

A．飞机的运动状态发生了变化

B．飞机的动能越来越小

C．飞机的机械能不变

D．钢索的弹性势能变大

除了最新科研成果，笔者还注意将我国的兵器发展史设为情境，也能达到上述的效果.

【例4】我国为了加强国防建设，摆脱军事装备受制于人的状况，于1958年10月启动了自行研制水陆坦克的项目.经过努力攻关，1959年上半年制成了两辆样车，向中华人民共和国建国10周年大庆献了一份厚礼.由于是1963年5月定型投入规模生产，因此这型水陆坦克称为63式.

63式水陆两用坦克地面行驶的最大速度可达64.2 km/h ，水中行驶时最大速度可达12 km/h.当时，美国最好的水陆坦克地面行驶的最大速度约为19 m/s，水中速度约为2 m/s.

问题1：比较这两种坦克的最大速度，下列说法中正确的是

A．陆地和水中都是中国的快

B．陆地和水中都是美国的快

C．陆地上中国的快，水中是美国的快

D．陆地上美国的快，水中是中国的快

63式水陆两用坦克质量为18.4 t，每条履带和地面接触的面积为1.63 m2.

问题2：当它在水平的地面上行驶时，整车对地面压强约为______kPa.

水陆坦克主要是在水中遂行战斗任务，因此水中性能是评价它的最重要指标.

问题3：当它浮在水中行驶时，浸入水中车体的体积约等于______m3.

工程上常用“马力”作为功率的单位，1马力 = 735 W.

问题4：63式水陆两用坦克使用的发动机铭牌上有“功率：400马力”字样，这表明这种发动机的额定功率为______kW.

战斗车辆常用“单位功率”，即平均每吨车体可供消耗的功率表征它的机动性能.

问题5：63式水陆坦克的单位功率约为______kW/t.

除现代军事科技外，还有些情境可直接源于历史事件，如关于抗日战争的.

【例5】1938年9月，在抗日战争的武汉会战过程中，中国军队在万家岭几乎全歼了日寇的精锐部队106师团，取得了继平型关、台儿庄大捷后的又一次大的胜利.战斗中，日寇在溃败时因指南针不起作用而总逃不出中国军队的包围圈.指南针不起作用的可能的原因是

A．万家岭地区太潮湿

B．指南针旁边有电池

C．附近地下存在铁矿

D．指南针的外壳是铜制成的

图2 珍藏于中国航空博物馆中的石磙子

【例6】图2为中国航空航天博物馆收藏的石磙子.1941年，美国的陈纳德将军率领“飞虎队”援助中国人民的抗日战争，云南人民拉着它冒着日寇的轰炸扫射压实修建飞机跑道的基础，为中国人民的抗日战争史写下了可歌可泣的一页.

美国也曾专门来向我国索取了一个这样的石磙子，千里迢迢运到美国航空博物馆作为重要收藏品向公众展出，向人们昭示中美人民共同抗击日本法西斯的历史.

关于选用石磙子的原因，下列说法中不正确的是

A．增大压力 B．增大压强

C．拉时省力 D．无需做功

本文中所选的例题都是针对初中生的.但这样的习题情境同样可以用于高中习题中.如例3在用于高中阶段的学生时，则可将其改造，增加诸如加速度、牛顿第二定律、能量转化的分析和计算等内容，也可增加如在大加速度条件下人体承受的过载等问题.另外，利用高中物理教学要求，还可让学生分析像“瓦良格”号那样的滑翘式飞行甲板对飞机的附加升力等问题.这样做的结果，能较好地实现初高中间的教学衔接.

诸如此类的习题还有很多，有关于电磁炮的、夜视仪的、空降兵器具及发展史的等等，尽可能实现图文并茂.有的习题还配上了相应的扩展性阅读短文.对一些需要深层次探究的兵器原理，则给出了进一步查阅的资源，如相关网站等，让感兴趣的学生更多、更详细地了解兵器的原理及制约因素，培养学生的探究和资料检索能力.

使用过这类习题的教师都认为，这些习题顺应了新课程改革发展学生能力的要求；顺应了学生的认知能力和兴趣爱好；也顺应了当前的学业评价体系，能够在更大程度上培养、发展学生应用学过的物理知识发现、分析和解决问题的能力.