万有引力与航空技术

李少淮

摘 要： 万有引力与航空技术这种问题在研究上十分抽象，不能够通过眼睛直观观察到，这便要求我们学生不仅要具有一定的空间想象能力，还要具有较强的运算能力，这种高要求使得高中学生普遍认为这部分知识学习起来较为困难，导致在高考中，此类型问题的得分率普遍较低。鉴于此，为了能够使我们学生更好地掌握这部分的知识和内容，提高在高考中的得分率，本文将对其进行详细探讨。

关键词：万有引力 航空问题 问题分析

中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）01-0146-01

前言

万有引力是高中物理学科中的重要组成部分，也是与航空技术息息相关的内容。为了能够利用万有引力进一步发展我国的航空技术，我们身为高中生应当在学习中充分掌握万有引力的相关知识和内容，不仅能够在一定程度上提高我们的高考成绩，未来也许还能够为促进我国航天事业的发展做出一定贡献。下面笔者就对万有引力与航空技术在高考中的关联问题进行阐述。

一、万有引力与航空技术问题的高考解析

1.万有引力与航空技术问题的高考命题解析

高考在考察万有引力与航空技术的问题上，主要是用于在分析卫星的发射、绕地运动以及卫星返回地球等方面的问题，这类问题因为有难度有热度也十分受到高考命题老师的喜欢。我们在解答这类问题时，常使用类比或是迁移等方法，将地球上所存在的问题迁移到其它星体上，但是必须注意的是在迁移以后，所采用的计算常量都应当以该星体上的常量进行计算。

2.应对万有引力与航空技术问题的有效策略

我们在解答航空技术有关万有引力的问题时，应当掌握两个重要的方程，一个是万有引力给卫星所提供的向心力，即

其中r指的是卫星或其它天体运行的轨道半径。而当卫星接近星体表面时，两者之间所具有的万有引力则相同于卫星在星体上的重力，即，其中R表示的是星体半径。通过这两个公式便能够解决很多航空相关问题。

二、卫星运动相关问题分析

1.卫星的发射

卫星在发射过程中，当助推力大于卫星的重力时才能夠使其脱离地球的引力而发射到太空中。根据此原理延伸出很多相似的问题，如人向上抛石头，当到达一个顶点时，物体便会下落直到落到地上。例如，已知甲向上抛出一个物体，初始速度为v初，当经过t秒后，物理回落到星体表面，该星体的半径为R，求当沿星球表面抛出速度为多大时，所抛出的物体才能够不落回到星体表面。在解决此类问题时，首先应当先计算该星球的常量重力加速度a，即，得出，由于水平抛出物体，不会落回地面，只能围绕星球做向心运动，因此有公式，以此能够解出。

2.卫星的运行

卫星在运行过程中会遵从一定的规律，并且每个卫星都拥有自己的运行轨道，最为人们所熟知的便是地球同步卫星，该卫星距离地球大概有3.6万公里，能够覆盖地球的每一个角落。而当前人们所使用的GPS系统主要是美国卫星所提供的服务，这些卫星距离地球大概为2万公里，卫星数量为24个。根据万有引力相关知识和公式能够计算出，用于定位的美国GPS卫星相较于地球同步卫星拥有更大的线速度。从卫星的发射和运行都能够应用到上述两个最基本的公式。

3.卫星的返回

当卫星返回地球时，为了能够使卫星安全着陆，在其处于自由落体运动的状态时，应当点燃卫星上的缓冲火箭，其在喷漆过程中会受到一个向上的力和加速度，能够使卫星一直保持减速运动的状态，从而降低卫星下落的速度，使其在着陆时尽量减少损害。例如，我国的嫦娥工程，每次嫦娥号卫星发射都需要执行绕、落、回三个任务，卫星在完成这三个任务时便会涉及万有引力，因此我们学生应当学习和了解这部分知识，了解影响卫星运动的各种要素，同时利用万有引力的定律和公式计算出改变卫星状态所需要附加的力。

三、航空天体问题同牛顿运动定律之间的结合

1.超重和失重问题

所谓超重主要是指物体所产生的压力大于其本身的重力，失重则正好相反。物体无论是出现超重还是失重，主要是因为物体在垂直方向上存在一个加速度，我们可以根据加速度出现的具体情况，利用相关理论进行求解。我们要了解超重和失重的具体情况，应当充分掌握万有引力的相关知识和内容，并且还应当知道万有引力相当于物体的重力。例如，当我们乘坐电梯时，电梯在上升过程中我们双脚的支撑力便处于超重的状态；而当上升停止时，人体上升的速度大于电梯的上升速度，则处于失重的状态。

2.抛体运动问题

我们在平时能够见到很多抛物运动，如平抛、上抛、自由落体等。在其它星体上也能够做类似的运动，在计算相关问题时，只需要将平常所使用的重力加速度改成该星体的重力加速度，这种解答问题的方法也被人们称为类比。例如，当某人在一个半径为R的星球上向上抛出质量为m的物体，该物体被抛出的初始速度为v初，当经过t秒之后，该物体重新回答抛物者的手中，求该物体平抛速度为多大时，才能够不落到地面围绕星球做圆周运动。该问题的解答方式同卫星发射问题存在很大的相似之处，应当利用类比的方法解答这类问题，通过分析和计算最后得出只有当水平抛出速度时，物体才能够不掉回星球表面。

总结

总之，基于我国教育体制的大范围改革，高考也发生了重大变化，越来越重视与现实问题的联接。我们学生为了能够在高考中解决万有引力与航空技术相关的问题，应当充分学习和掌握相关知识和内容，不仅提高我们的高考成绩，也能够实现对航空技术的了解，无论是对生活还是对未来发展都有一定的助益。

参考文献

[1]邢崇礼.万有引力与航空教学应用研究[J].教育，2016，12（25）：00024-00024.

[2]胡博.《万有引力与航天》课件制作综述[J].中国信息技术教育，2013，01（02）：125-129.

[3]谭程.万有引力与航天技术[J].中学生数理化：高一版，2007，01（02）：51-53.