中學物理教學應關注天文和空間技術的發展

在新課程標準的指導下，現行的中學物理教材緊跟時代發展，教材內容能夠反映現代科學技術的進步，注意增加物理的實用性和趣味性，使學生能把枯燥的物理理論和多彩的現實世界聯系起來，能把基礎的公式定理和當代高新科學技術發展聯系起來，有助于增強學生的求知欲。特別是一些與物理學發展關系密切的學科，如天文學和空間技術的發展，在教材中出現的頻率大大提高，中學物理教師在教學中要關注這些內容。

物理學的發展與天文學密不可分，許多重要物理定律的發現都和天文學頗有淵源。例如，牛頓萬有引力定律的發現，真正的功臣不是從樹上掉落的蘋果，而是開普勒從老師第谷的天文觀測數據中總結出的行星運動三定律。從萬有引力出發，可以精確計算出行星運動的軌道，進而解釋已有的天文現象。哈雷應用萬有引力定律預言了彗星的回歸，勒維耶根據萬有引力定律完成了對海王星位置的推算，這不僅是對天文現象的正確預言，也是萬有引力定律的偉大勝利，更是物理學和天文學互動發展的明證。

隨著物理學的發展和天文探測手段的不斷更新，發現了越來越多的與經典物理學不相符合的天文現象，這就反過來刺激物理理論的革新。廣義相對論的一大重要成就就是解釋了牛頓力學無法解釋的水星進動現象；愛因斯坦的質能方程解釋了恒星能量來自于核聚變中損失的質量。目前天文上的熱點是尋找使宇宙加速膨脹的暗能量，而暗能量的本質和特性的研究也成為物理學前沿的一個重要課題。天文學和物理學無論從歷史上，還是從今后的發展看都是相互聯系、共同發展的。

空間技術是探索、開發和利用宇宙空間的技術，又稱為太空技術或航天技術，目的是利用空間飛行器來研究發生在空間的物理、化學和生物等自然現象。空間技術是一門高度綜合性的科學技術，是很多現代科學和技術成就的綜合集成。空間技術的設想來源于基礎物理學中的力學和熱學，而其發展主要依賴于電子技術、自動化技術、遙感技術和計算機技術等眾多先進技術的發展。而這些技術的發展，都離不開物理學基礎理論的研究，舉一個簡單的例子，沒有電磁學的發展，人類就無法使用電能，也無法生產電子產品，其他的高新技術就更加無法實現了。關注我國空間技術的發展，有助于提高學生的民族自豪感和社會責任感，同時使學生對物理學在實際科技生產中的應用有更深的認識。

關注天文和空間技術發展的傾向也反映在近年來的高考試題中，試題在考察學生基礎知識掌握程度的同時，也增加了對天文和空間技術發展的關注。試看以下幾道物理高考試題。

一、對天文學發現的關注

題1：據報道，2009年4月29日，美國亞利桑那州一天文觀測機構發現一顆與太陽系其它行星逆向運行的小行星，代號為2009HC82。該小行星繞太陽一周的時間為3.39年，直徑2～3千米，其軌道平面與地球軌道平面呈155°的傾斜。假定該小行星與地球均以太陽為中心做勻速圓周運動，則小行星和地球繞太陽運動的速度大小的比值為

這是2009年四川理綜卷的第15題。題目考察的物理學考點是萬有引力定律在天文中的應用，6月高考，然而背景卻來源于4月底的天文發現，直接引入了最新的天文學觀測結果。

題2：大爆炸理論認為，我們的宇宙起源于137億年前的一次大爆炸。除開始瞬間外，在演化至今的大部分時間內，宇宙基本上是勻速膨脹的。上世紀末，對IA型超新星的觀測顯示，宇宙正在加速膨脹。面對這個出人意料的發現，宇宙學家探究其背后的原因，提出宇宙的大部分可能由暗能量組成，它們的排斥作用導致宇宙在近段天文時期內開始加速膨脹。如果真是這樣，則標志宇宙大小的宇宙半徑R和宇宙年齡t的關系，大致是下面哪個圖像？

這是2009年安徽理綜卷的第16題。題目很長，信息量很多，關注的是目前天文學上最熱門的研究領域——宇宙學，大爆炸理論是宇宙學中目前得到廣泛認可的一個理論。學生如果平時對天文學知識有所關注，就可以在很短的時間迅速理解題意。題目考查的知識點很簡單，就是對運動圖像的分析，準確理解了題意，選擇正確的圖像并不困難。

題3：英國《新科學家（New Scientist）》雜志評選出了2008年度世界8項科學之最，在XTEJ1650-500雙星系統中發現的最小黑洞位列其中，若某黑洞的半徑R約45km，質量M和半徑R的關系滿足（其中c為光速，G為引力常量），則該黑洞表面重力加速度的數量級為

A．108m/s2 B．1010m/s2

C．1012m/s2 D．1014m/s2

這是2009年江蘇高考物理第3題。此題考察的仍然是萬有引力定律的應用，但以2008年剛評選出的世界8項科學之最的最小黑洞作為背景，緊跟國際新動向。選項中只需要計算結果精確到數量級，這也是天文中常用的估算法的運用。

二、對我國空間技術的重視

題4：為了對火星及其周圍的空間環境的探測，我國預計于2011年10月發射第一顆火星探測器“螢火一號”。假設探測器在火星表面高度分別為h1和h2的圓軌道上運動時，周期分別為T1和T2。火星可視為質量分布均勻的球體，且忽略火星的自轉影響，萬有引力常量為G。僅利用以上數據，可以計算出

A.火星的密度和火星表面的重力加速度

B.火星的質量和火星對“螢火一號”的引力

C.火星的半徑和“螢火一號”的質量

D.火星表面的重力加速度和火星對“螢火一號”的引力

題4為2010年安徽理綜卷第17題。題目考察的仍然是萬有引力定律的應用，但以我國計劃中的火星探測器為背景，時代感很強。可以預見，火星探測器項目還會隨著今后的進展在未來的高考題成為被關注的對象。

題5：“嫦娥一號”月球探測器在環繞月球運行過程中，設探測器運行的軌道半徑為r，運行速率為v，當探測器在飛越月球上一些環形山中的質量密集區上空時

A．r、v都將略為減小 B．r、v都將保持不變

C．r將略為減小，v將略為增大

D．r將略為增大，v將略為減小

題5為2009年福建理綜卷的第14題。以空間技術熱點事件“嫦娥一號”為背景考查萬有引力和圓周運動這一知識點，情境比較新穎，要求考生能準確把握物理原理，有一定難度。事實上在2009年重慶理綜卷第17題也出現了以科技熱點“嫦娥一號”為背景考查萬有引力和圓周運動這一知識點的題目；而早在2008年的全國卷、廣東卷和北京卷中也曾經出過以“嫦娥一號”為背景的試題，可見高考對我國空間技術發展熱點事件的關注程度非同一般。

綜上所述，在中學物理教學中融入一些天文和空間技術發展方面的知識，可以讓學生體會到物理學是探索宇宙的重要手段，是一門實用的學科，從而激發學生對物理學的學習興趣，這種興趣帶來的求知欲是學生學習的最佳動力。同時，通過這些知識的教學能夠讓學生自覺關注報刊新聞中天文的新發現和空間技術的新成就，甚至主動查閱相關的書籍文獻，從而擴大學生的知識面，使其對目前物理中的高新技術的應用有一定的認識。（責任編輯 郭振玲）