中学物理教学应关注天文和空间技术的发展

在新课程标准的指导下，现行的中学物理教材紧跟时代发展，教材内容能够反映现代科学技术的进步，注意增加物理的实用性和趣味性，使学生能把枯燥的物理理论和多彩的现实世界联系起来，能把基础的公式定理和当代高新科学技术发展联系起来，有助于增强学生的求知欲。特别是一些与物理学发展关系密切的学科，如天文学和空间技术的发展，在教材中出现的频率大大提高，中学物理教师在教学中要关注这些内容。

物理学的发展与天文学密不可分，许多重要物理定律的发现都和天文学颇有渊源。例如，牛顿万有引力定律的发现，真正的功臣不是从树上掉落的苹果，而是开普勒从老师第谷的天文观测数据中总结出的行星运动三定律。从万有引力出发，可以精确计算出行星运动的轨道，进而解释已有的天文现象。哈雷应用万有引力定律预言了彗星的回归，勒维耶根据万有引力定律完成了对海王星位置的推算，这不仅是对天文现象的正确预言，也是万有引力定律的伟大胜利，更是物理学和天文学互动发展的明证。

随着物理学的发展和天文探测手段的不断更新，发现了越来越多的与经典物理学不相符合的天文现象，这就反过来刺激物理理论的革新。广义相对论的一大重要成就就是解释了牛顿力学无法解释的水星进动现象；爱因斯坦的质能方程解释了恒星能量来自于核聚变中损失的质量。目前天文上的热点是寻找使宇宙加速膨胀的暗能量，而暗能量的本质和特性的研究也成为物理学前沿的一个重要课题。天文学和物理学无论从历史上，还是从今后的发展看都是相互联系、共同发展的。

空间技术是探索、开发和利用宇宙空间的技术，又称为太空技术或航天技术，目的是利用空间飞行器来研究发生在空间的物理、化学和生物等自然现象。空间技术是一门高度综合性的科学技术，是很多现代科学和技术成就的综合集成。空间技术的设想来源于基础物理学中的力学和热学，而其发展主要依赖于电子技术、自动化技术、遥感技术和计算机技术等众多先进技术的发展。而这些技术的发展，都离不开物理学基础理论的研究，举一个简单的例子，没有电磁学的发展，人类就无法使用电能，也无法生产电子产品，其他的高新技术就更加无法实现了。关注我国空间技术的发展，有助于提高学生的民族自豪感和社会责任感，同时使学生对物理学在实际科技生产中的应用有更深的认识。

关注天文和空间技术发展的倾向也反映在近年来的高考试题中，试题在考察学生基础知识掌握程度的同时，也增加了对天文和空间技术发展的关注。试看以下几道物理高考试题。

一、对天文学发现的关注

题1：据报道，2009年4月29日，美国亚利桑那州一天文观测机构发现一颗与太阳系其它行星逆向运行的小行星，代号为2009HC82。该小行星绕太阳一周的时间为3.39年，直径2～3千米，其轨道平面与地球轨道平面呈155°的倾斜。假定该小行星与地球均以太阳为中心做匀速圆周运动，则小行星和地球绕太阳运动的速度大小的比值为

这是2009年四川理综卷的第15题。题目考察的物理学考点是万有引力定律在天文中的应用，6月高考，然而背景却来源于4月底的天文发现，直接引入了最新的天文学观测结果。

题2：大爆炸理论认为，我们的宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸。除开始瞬间外，在演化至今的大部分时间内，宇宙基本上是匀速膨胀的。上世纪末，对IA型超新星的观测显示，宇宙正在加速膨胀。面对这个出人意料的发现，宇宙学家探究其背后的原因，提出宇宙的大部分可能由暗能量组成，它们的排斥作用导致宇宙在近段天文时期内开始加速膨胀。如果真是这样，则标志宇宙大小的宇宙半径R和宇宙年龄t的关系，大致是下面哪个图像？

这是2009年安徽理综卷的第16题。题目很长，信息量很多，关注的是目前天文学上最热门的研究领域——宇宙学，大爆炸理论是宇宙学中目前得到广泛认可的一个理论。学生如果平时对天文学知识有所关注，就可以在很短的时间迅速理解题意。题目考查的知识点很简单，就是对运动图像的分析，准确理解了题意，选择正确的图像并不困难。

题3：英国《新科学家（New Scientist）》杂志评选出了2008年度世界8项科学之最，在XTEJ1650-500双星系统中发现的最小黑洞位列其中，若某黑洞的半径R约45km，质量M和半径R的关系满足（其中c为光速，G为引力常量），则该黑洞表面重力加速度的数量级为

A．108m/s2 B．1010m/s2

C．1012m/s2D．1014m/s2

这是2009年江苏高考物理第3题。此题考察的仍然是万有引力定律的应用，但以2008年刚评选出的世界8项科学之最的最小黑洞作为背景，紧跟国际新动向。选项中只需要计算结果精确到数量级，这也是天文中常用的估算法的运用。

二、对我国空间技术的重视

题4：为了对火星及其周围的空间环境的探测，我国预计于2011年10月发射第一颗火星探测器“萤火一号”。假设探测器在火星表面高度分别为h1和h2的圆轨道上运动时，周期分别为T1和T2。火星可视为质量分布均匀的球体，且忽略火星的自转影响，万有引力常量为G。仅利用以上数据，可以计算出

A.火星的密度和火星表面的重力加速度

B.火星的质量和火星对“萤火一号”的引力

C.火星的半径和“萤火一号”的质量

D.火星表面的重力加速度和火星对“萤火一号”的引力

题4为2010年安徽理综卷第17题。题目考察的仍然是万有引力定律的应用，但以我国计划中的火星探测器为背景，时代感很强。可以预见，火星探测器项目还会随着今后的进展在未来的高考题成为被关注的对象。

题5：“嫦娥一号”月球探测器在环绕月球运行过程中，设探测器运行的轨道半径为r，运行速率为v，当探测器在飞越月球上一些环形山中的质量密集区上空时

A．r、v都将略为减小 B．r、v都将保持不变

C．r将略为减小，v将略为增大

D．r将略为增大，v将略为减小

题5为2009年福建理综卷的第14题。以空间技术热点事件“嫦娥一号”为背景考查万有引力和圆周运动这一知识点，情境比较新颖，要求考生能准确把握物理原理，有一定难度。事实上在2009年重庆理综卷第17题也出现了以科技热点“嫦娥一号”为背景考查万有引力和圆周运动这一知识点的题目；而早在2008年的全国卷、广东卷和北京卷中也曾经出过以“嫦娥一号”为背景的试题，可见高考对我国空间技术发展热点事件的关注程度非同一般。

综上所述，在中学物理教学中融入一些天文和空间技术发展方面的知识，可以让学生体会到物理学是探索宇宙的重要手段，是一门实用的学科，从而激发学生对物理学的学习兴趣，这种兴趣带来的求知欲是学生学习的最佳动力。同时，通过这些知识的教学能够让学生自觉关注报刊新闻中天文的新发现和空间技术的新成就，甚至主动查阅相关的书籍文献，从而扩大学生的知识面，使其对目前物理中的高新技术的应用有一定的认识。（责任编辑 郭振玲）

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