国防教育中运动学规律的应用

刘淑华

(江苏省南京市第九中学,江苏　南京　210018)



·STS研究·

国防教育中运动学规律的应用

刘淑华

(江苏省南京市第九中学,江苏南京210018)

本文通过钓鱼岛事件，介绍物理学在军事科技中的应用,引导学生在真实的问题情境下分析问题、解决问题,增强学生运用物理知识的能力,同时也加强对学生的国防教育.

国防教育;运动学规律;物理教学

1　背景

国防教育是世界各国爱国主义教育的重要组成部分,搞好国防教育、增强全民的国防意识具有重要的现实意义.当下世界各国都非常重视国防教育在中小学学科教学中的渗透和开发，《中共中央、国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》明确指出:“对青少年学生要加强国防教育,规范国防教育.”

国防教育中军事科技与物理学紧密关联,在物理教学中可以发挥物理学科的优势,为充分运用国防教育资源,渗透国防教育，笔者在“运动学基本规律的应用”的习题课中进行了尝试.

“运动学基本规律的应用”是高一学生在学完运动学基本公式后的一节习题课,本节课通过钓鱼岛事件引出军事科技的介绍,然后带领学生接触相关的问题,在分析问题、解决问题的过程中增强对所学知识的运用能力,同时也加强了国防教育.

2　教学过程

2.1新课引入

师:首先,请大家看(图1)，你知道它讲的是什么事情吗?

图1

生:日本巡逻船冲撞我国渔船.

师:在2010年9月7日上午10点15分左右,我国渔船在钓鱼岛海域进行捕捞作业,日本海上保安厅的巡逻船赶到现场,并冲撞渔船.随后又派出两艘巡逻船跟踪渔船,下午1点左右,22名日本海上保安官登上航行中的渔船,命令渔船停止航行,宣称要根据日本“渔业法”对渔船进行检查,并非法拘捕了渔船的船长,扣留了渔船.

钓鱼岛自古就属于中国,但日本想尽一切办法来抢夺，其原因是什么?

生:钓鱼岛海域具有重要的经济价值、军事战略价值.

师:我国拥有漫长的海岸线和广阔的海洋国土，领海国土和海洋资源迫切需要保卫.随着2012年辽宁号航空母舰的服役,我国远洋战斗的能力和军事威慑力得到了迅速的提升,中国海军可以更好地捍卫祖国的利益,保卫领土完整了.今天这节课,我们从运动学的角度来深入了解一下“辽宁号”航空母舰.

师:先请大家欣赏一下“辽宁号”(如图2).请大家思考,航空母舰与其他一般的舰艇相比,有什么不同？从外观看呢?

生:航空母舰比一般的舰艇要大.

师:做这么大有什么用呢?

生:可以让飞机顺利起飞.

师:航空母舰被称为海上的活动机场,要让飞机顺利起飞，就必须做这么大,你知道为什么吗?

生:飞机起飞必须要达到一定的速度.

师:好,也就是说跑道不够长,飞机起飞就存在危险.

2.2舰载机的起飞

例1：某型号的舰载飞机在辽宁号航空母舰的跑道上加速时,发动机产生的最大加速度为5m/s2,所需的起飞速度为50m/s.

问题1:如果辽宁号静止,跑道长至少是多少?

师:请问这道题告诉我们哪些信息？要求出哪个物理量?

生:已知末速度、加速度,求位移.

师:就已知两个量吗?

学生补充:还有初速度.

图3

师:辽宁号航空母舰舰长304.5米,跑道用了250米,还有的54.5米长的空间可以用来停放舰载飞机,但这么短,显然停不了几架.

问题2:如果辽宁号以10m/s的速度匀速航行,要保证飞机起飞安全,飞行甲板的长度至少是多少?

师:请问这道题已知哪些信息,要求哪个物理量?请画出运动草图(如图4).

图4

师:算到这里,我们发现,航空母舰匀速行驶时飞机起飞所需要的飞行甲板比航母静止时短.可以说跑道的利用效率提高了,在航母甲板上可以有更大空间来停放更多的舰载机,我们知道停放得舰载机多,航母的战斗力就强.那是不是说只要航母航行快一些,理论上飞机起飞需要的跑道就短一些,对吗?

生：对.

师:但是实际可行吗?辽宁号航母的最大航速32节,换算单位即约59km/h,或约16.4m/s,航母速度很有限,而且在实际操作时其实也不可行,因为不可能每次飞机起飞时还先去加速航母.

问题3:若航母可以装有弹射装置,在航母静止的情况下,对于该型号的舰载飞机,弹射系统给它的初速度为40m/s,让它开始滑行时就有一定的初速度,飞行甲板的长度又至少为多少?

学生计算得到L=90m.

师:从计算结果看,有弹射装置时可以大大节约飞行甲板的长度.关于弹射装置目前有两种方式,一种蒸汽弹射,一种是电磁弹射.下面我们通过一段视频来了解一下(播放视频——航母上的弹射技术).

在我们的辽宁号上还没有弹射装置,为有效节约飞行甲板的长度,又要确保飞机安全起飞,它采用的是滑跃式起飞技术,这就要求跑道不能是水平的,在舰艏有一个滑跃仰角,辽宁号的仰角是14°(如图5).

图5

2．3舰载机的降落

师:前面我们讨论了航母上飞机的起飞,那在航母上飞机降落是如何做到的？和我们在陆地上看到是一样的吗?请大家观看视频.

师:请同学来说一下,你看到飞机是如何降落的?

生:有绳子拉住它,阻止它向前飞.

图6

例2：假设飞机在阻拦索的作用下可以近似为匀减速运动,航母以速度V0匀速航行,舰载飞机以水平速度V从舰尾落到水平甲板上并钩住阻拦索,滑行了长为L的距离,则飞机的加速度至少应为多大?

生:由0-V2=2aL可得加速度大小.

师:航母在以V0的速度匀速航行,请大家思考飞机滑行结束时,速度必须要为0吗?

3　小结

本节课主要从运动学角度分析了航母上飞机起飞与降落的有关问题,若同学们对航母其他方面也感兴趣的话,课后可以做深入了解.其实物理学和军事科技有密切关系,今天我们了解的内容只是冰山一角,老师希望在座的每一位同学都能努力学好物理,将来为我们国家的国防事业贡献出一份力量！

[1] 蒋华.国防教育资源在高中物理教学中的运用[J].物理教学探讨,2014,(3).

[2] 马建民.在中学物理教学中渗透国防教育[J].热点聚焦,2009,(7).