大學(xué)物理基礎(chǔ)理論與軍事技術(shù)的連通問題研究

周鳴宇　吳世永　李慧

摘? 要：該文研究梳理出大學(xué)物理階段教學(xué)知識點，通過找出與軍事連通的相關(guān)實例，使教學(xué)內(nèi)容上不但偏重于物理理論的全面性、系統(tǒng)性和嚴謹性，而且使大學(xué)物理教學(xué)具有鮮明的軍事應(yīng)用特色，突出了軍事應(yīng)用背景。把現(xiàn)代高科技軍事裝備與物理原理有機結(jié)合，為學(xué)員能夠適應(yīng)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)筑牢基礎(chǔ)，為部隊崗位的實際需要做好準備。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理? 軍事技術(shù)? 知識連通

中圖分類號：G642 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（b）-0204-02

大學(xué)物理作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，在教學(xué)中要注意與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和交叉學(xué)科緊密結(jié)合起來，尤其是軍事院校的基礎(chǔ)物理課程教學(xué)要與科學(xué)、技術(shù)和軍事對接起來。讓物理內(nèi)容與軍事生活、科學(xué)技術(shù)相聯(lián)系，使學(xué)員強烈感受到物理學(xué)有趣、有用，現(xiàn)代高科技、現(xiàn)代軍事裝備充滿了物理原理[1]，使學(xué)員強烈體會到物理學(xué)對未來軍事訓(xùn)練的指導(dǎo)作用。2017年軍委下發(fā)了《大學(xué)物理教學(xué)大綱》，同樣特別提出了要加強物理學(xué)與軍事問題的融合滲透，將軍事應(yīng)用典型實例引入教學(xué)的要求。因此，將物理學(xué)前沿、熱點及應(yīng)用選取相關(guān)內(nèi)容適當(dāng)充入教材，哪怕是閱讀部分，也會使大學(xué)物理內(nèi)容更貼近軍事，貼近實際，有利于素質(zhì)教育的全面推進。

1? 實際物理教學(xué)呈現(xiàn)出的與軍事連通問題

目前海軍院校大多《大學(xué)物理》課程采用高等教育出版社出版，馬文蔚主編、2014年7月出版的《物理學(xué)》（第6版）教材，依據(jù)該教材的大學(xué)物理課程主要有以下幾個方面與筆者學(xué)校學(xué)員的培養(yǎng)目標存在不相適應(yīng)的地方：一是內(nèi)容上多偏重于物理理論的全面性、系統(tǒng)性和嚴謹性，但對物理原理的實際應(yīng)用重視不夠。二是物理原理的應(yīng)用實例及例題習(xí)題缺乏軍事背景。教材中所引用的應(yīng)用實例、例題、習(xí)題基本都是經(jīng)過抽象得出的物理問題或者是一般的生活、工程應(yīng)用實例，很少具有軍事背景，與軍隊院校的課程培養(yǎng)目標不相符。三是部分內(nèi)容存在與專業(yè)課銜接不當(dāng)?shù)膯栴}，使得大學(xué)物理課程的基礎(chǔ)和橋梁作用沒有充分得到發(fā)揮。

2? 物理與軍事連通的解決對策

通過研究，針對學(xué)員大學(xué)物理知識梯度過大、與軍事專業(yè)關(guān)聯(lián)不夠的情形，筆者所在課程組把教材內(nèi)容改造成適合大學(xué)低年級學(xué)員尤其是飛行學(xué)員能普遍接受和理解的形式，使其具有鮮明的軍事應(yīng)用特色，以適應(yīng)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和部隊崗位的實際需要。課題組收集編寫了《大學(xué)物理軍事應(yīng)用材料》，其中包括與軍事應(yīng)用相關(guān)的近30個擴展閱讀材料和近80道例題、習(xí)題，涵蓋力學(xué)、振動波動、熱學(xué)、電磁學(xué)和近代物理等大多數(shù)大學(xué)物理內(nèi)容。具體包括以下幾方面。

2.1 力學(xué)部分

（1）利用牛頓定律解釋艦載機起飛時彈射器和攔阻索的作用。

（2）把動量定理運用到飛機與飛鳥相撞事件和火箭飛行原理。

（3）把角動量守恒運用到飛機的螺旋槳設(shè)置和陀螺儀的定向?qū)Ш椒矫妗?/p>

（4）加強相對運動內(nèi)容的講解，為學(xué)員以后在空中作戰(zhàn)時正確選擇投彈時機和正確判斷敵機相對位置提供理論基礎(chǔ)。

（5）適當(dāng)增加的流體力學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容，讓學(xué)員明白飛機升力的由來。

2.2 振動和波動部分

（1）振動部分中著重對簡諧振動運動形式的理解和描述，介紹阻尼振動、受迫振動的形成成因，共振的來源等，而減少簡諧振動能量和合成的講解。

（2）利用多普勒效應(yīng)解釋多普勒聲納工作原理。多普勒聲納是根據(jù)多普勒效應(yīng)研制的一種利用水下聲波來測量艦艇速度的精密儀器.多普勒聲納一般安裝在艦艇的底部，有一個發(fā)射器和一個接收器組成，發(fā)射器沿著固定的傾角，斜向海底發(fā)射一束超聲波OP，該束超聲波在海底會發(fā)生漫反射，其中必定有一定強度的PO方向射回位于O的接收器，超聲波在水中傳播的速度遠遠大于艦艇前進的速度。

（3）利用多普勒效應(yīng)解釋激波現(xiàn)象，了解音障和音爆的產(chǎn)生。

2.3 熱學(xué)部分

弱化氣體動理論內(nèi)容，強化熱力學(xué)基礎(chǔ)的4個熱力學(xué)過程和循環(huán)過程，而對比較難理解的熱力學(xué)第二定律和熵等內(nèi)容僅做了解性講解。

（1）利用氣體狀態(tài)方程和熱力學(xué)第一定律，明白噴氣發(fā)動機燃料的選擇。

（2）利用氣體絕熱膨脹解釋槍械消音器原理。槍的聲音主要是來自子彈出膛時，空氣沖出槍口時巨大的壓力，火藥產(chǎn)生了高溫氣體的高壓脈沖會對外面的空氣引起沖擊震動，因此子彈出膛時會產(chǎn)生極大的噪聲。要消除高速氣流撞擊空氣帶來的爆炸聲，就要想辦法降低氣流速度。高速氣流進入消音器以后首先降壓，然后再從隔板中央的小孔會聚穿過，再膨脹降壓，反復(fù)幾次膨脹和會聚以后，氣流能量就會大大衰減。

2.4 電磁學(xué)部分

（1）著重掌握電場性質(zhì)和靜電場中的導(dǎo)體，能夠較好地掌握飛行過程中與靜電相關(guān)的危害和相應(yīng)的防范措施。掌握電容器相關(guān)的應(yīng)用及計算，了解電容器作為定向能武器儲能元件的作用。

（2）強化帶電粒子和載流導(dǎo)線在磁場中受力的內(nèi)容，為學(xué)員掌握先進的電磁軌道炮和粒子束武器等做知識儲備。磁學(xué)部分弱化“磁場中的磁介質(zhì)”內(nèi)容。

（3）電磁感應(yīng)部分著重電磁感應(yīng)在復(fù)雜電磁環(huán)境對電磁信號的屏蔽、電磁脈沖彈和電磁線圈炮的應(yīng)用。例如，電磁線圈炮主要由若干個沿軸向排列的驅(qū)動線圈，彈丸、彈載線圈和驅(qū)動電源組成，彈載線圈是繞在彈丸上的，每個驅(qū)動線圈由各自的驅(qū)動電源依次供電，先給線圈1供電，其他線圈咱不供電，有電磁感應(yīng)定律可知，在彈體上的線圈有感應(yīng)電流產(chǎn)生，該電流方向與線圈1的電流方向相反，因而彈體受到一個斥力被向前推進。當(dāng)彈體進入線圈2時，線圈2又接通電流，彈體受到斥力繼續(xù)加速，這樣彈體受到一系列加速而獲得很高的發(fā)射速度。

2.5 光學(xué)

（1）理解光程和光程差在激光測距儀上的應(yīng)用。激光測距儀分為脈沖法測距儀和相位法測距儀。相位法測距儀就是利用檢測發(fā)射光和反射光在空間中傳播時發(fā)生的相位差來檢測距離。

（2）利用劈尖干涉測量戰(zhàn)斗機表面的阻力系數(shù)。在機翼表面均勻涂上硅油，硅油在氣流作用下，逐漸變薄形成這種劈尖形的油膜。當(dāng)用單色光照射時，油膜上下表面的反射光會發(fā)生干涉，產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋。阻力系數(shù)不同時，形成的干涉條紋是不同的。

（3）重點講述楊氏雙縫干涉的原理，并能夠分析其在飛機降落時應(yīng)用。當(dāng)霧霾等能見度不高的天氣時，在有一些機場，楊氏雙縫干涉的實驗原理被應(yīng)用在飛機安全導(dǎo)航系統(tǒng)中，指導(dǎo)飛機安全降落。在飛機跑道兩側(cè)對稱地放置兩個相同的發(fā)射相同頻率無線電波的天線，兩個天線裝置類似于兩個可發(fā)出相干光的狹縫。天線發(fā)出的兩列無線電波在空間發(fā)生干涉現(xiàn)象;在空間某些區(qū)域內(nèi)干涉加強，某些區(qū)域內(nèi)干涉減弱;類似于楊氏雙縫實驗中的亮條紋和暗條紋。由對稱性可知，沿著跑道的方向為中央零級最大值所在位置，也是飛機降落的位置，空間信號最強，飛機上安裝有相應(yīng)的無線電波接收裝置，當(dāng)飛機經(jīng)過干涉加強區(qū)域時，接收裝置顯示信號加強，飛機駕駛員按照干涉信號強的區(qū)域駕駛并使飛機始終接收到該加強的信號，如果駕駛員發(fā)現(xiàn)的是中央零級最大值區(qū)域，飛機將準確地定位在正確的降落跑道上。

（4）重點講述光柵衍射，分析相控陣雷達的基本原理，讓學(xué)員將來在使用相控陣雷達時能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢。通過移相器改變相鄰入射微波的相位差，達到了與光柵斜入射時相同的效果，從而實現(xiàn)對天線波束方向的控制，使天線波束在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)相控掃描。相控陣雷達是以電子方式控制天線波束的方向而非傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)動方式，因而沒有機械慣性，可高速掃描;通過增加輻射單元陣列的規(guī)模就可以有效地提高輻射功率、作用距離、分辨率等。

（5）利用光的干涉原理解釋激光陀螺和雷達波吸收涂層的原理。

（6）掌握光的偏振內(nèi)容，了解偏振片在飛行眼鏡、偽裝目標的偏振識別和偏振光導(dǎo)航中的應(yīng)用。偏振光導(dǎo)航。太陽光本身不是偏振光，但當(dāng)它穿過大氣層，受到大氣分子或塵埃等顆粒的散射后，變成了偏振光。螞蟻就是利用偏振光來導(dǎo)航的，人們從它的眼睛結(jié)構(gòu)中得到啟示，制成了偏振光天文羅盤，為航行的艦船、飛機、導(dǎo)彈提供了一種新的導(dǎo)航手段。有了偏振光天文羅盤，即使在烏云密布的天氣或日出前及日落后，人們?nèi)钥衫锰炜罩械钠窆鈦矶ㄏ颍俨荒苁褂么帕_盤的高緯度地區(qū)，例如南極、北極，可以用偏振光羅盤來代替航海、航空用的磁羅盤。

2.6 近代物理

（1）由質(zhì)能方程了解核裂變、核聚變和核輻射，具備核污染和核防護的基本能力。

（2）掌握熱輻射和維恩位移定律在紅外制導(dǎo)技術(shù)、紅外對抗中應(yīng)用。

紅外制導(dǎo)是利用目標自身的紅外輻射來引導(dǎo)導(dǎo)彈和其他武器裝備自動接近目標，以提高命中率。紅外對抗是指通過消除目標與背景之間紅外輻射的差別，使敵方紅外探測設(shè)備失靈，達到保護目標的作用。主要的手段有紅外干擾機、紅外誘餌、紅外煙霧和紅外隱身等。紅外干擾機通過模擬被保護目標的紅外輻射并加以調(diào)制，使敵方導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)產(chǎn)生誤差從而攻擊不到目標。紅外誘餌利用不同的材料燃燒時發(fā)出的紅外輻射特性不同的原理，通過發(fā)射紅外曳光彈、放熱氣球、噴射燃油等制作假象，引誘敵紅外制導(dǎo)的導(dǎo)彈偏離目標，保護自己。

（3）利用光電效應(yīng)掌握微光夜視儀的工作原理。微光夜視儀就是將夜間微弱的夜天光放大成千上萬倍，讓人們在夜間也可以進行觀察。

3? 結(jié)語

隨著科技的進步，大量信息技術(shù)及高科技武器裝備在軍事訓(xùn)練領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，軍隊院校作為部隊培養(yǎng)人才的主陣地，擔(dān)負著培養(yǎng)具有優(yōu)良軍事素質(zhì)、堅實科學(xué)底蘊的新型軍事人才的重任，更需要搭建能適應(yīng)信息化戰(zhàn)爭需求的新型軍事訓(xùn)練體系。通過大學(xué)物理與軍事知識的連通，培養(yǎng)學(xué)員科學(xué)實戰(zhàn)訓(xùn)練思維，在未來指導(dǎo)軍人實戰(zhàn)訓(xùn)練時將發(fā)揮重要作用。

參考文獻

[1] 教育部高等學(xué)校大學(xué)物理課程教學(xué)指導(dǎo)委員會.解放思想，力爭超越，進一步推進基礎(chǔ)物理教學(xué)改革創(chuàng)新的倡議[J].中國大學(xué)教學(xué)，2014（11）：4-6.

[2] 吳世永，曲亮生，李慧，等.大學(xué)物理蘊含的科學(xué)思維方法在實戰(zhàn)訓(xùn)練中的體現(xiàn)[J].物理與工程，2014，24（5）：59-61.

[3] 東南大學(xué)等編，馬文蔚等改編.物理學(xué)（下冊）[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.