高新技术兵器与中等物理知识——实施物理与技术教育整合教学的渠道之一，本文主要内容关键词为：物理论文,高新技术论文,兵器论文,渠道论文,知识论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
高新技术兵器中涉及较多的物理知识可以定性地用中等物理知识来讲解，因而教学中若结合物理知识有机地介绍一些高新技术兵器及其发展进程，不仅可以扩大学生的知识面，激发学生的爱国热情与学习兴趣，也是加强国防教育，普及现代国防知识，全面推进素质教育的重要举措，中华人民共和国国防法明确规定：“保卫祖国、抵抗侵略是中华人民共和国每一个公民的神圣职责”，“公民应当接受国防教育”，“普及和加强国防教育是全社会的共同责任”，中等物理教育中进行国防教育内容丰富，意义深刻。笔者就此介绍一些自己在教学实践中的做法与体会。
一、枪炮、定向能武器、电炮、导弹、精确制导武器
中专《物理》144页练习6.4：如图1， 就在小松鼠刚竖直向下掉离树枝的瞬间，子弹恰好水平地射出枪口，结果松鼠还是被子弹击中。设子弹速度为v[,0]，松鼠被击中时已下落的高度为h，求枪口与松鼠的水平距离。
这是一道平抛运动知识在枪炮等武器中应用的习题。象这样，中等物理中有关武器知识的内容还有不少，但比较简单，教师可在此基础上扩展一些高新技术兵器知识。例如：针对枪炮等武器射出的子弹都要受到地心引力的影响，弹丸飞行的轨道（弹道）总有一定的弯曲度，要击中目标，一是必须用“抬高枪口”的办法修正弹道；二是弹丸从离开枪口到抵达目标总要花费一些时间，因此在打击移动目标时必须预先设置一个“提前量”，就是说“到前面去拦击目标”，这两方面都只能靠估算，因此射击难免脱靶。而在高新技术兵器中，是如何解决这样的问题呢？扩展（一）：定向能武器，也叫射束武器或能束武器，目前在研究发展的定向能武器有激光武器、粒子束武器和微波武器，它们的共同特点：射出去的东西几乎“没有质量”，所以不受地心引力的作用，飞行“弹道”是笔直的：能量高度集中，以光速或接近光速传播，直接射向目标，又快又准，瞬发即中，难以躲避；通过控制射束，可快速转换攻击方向，反应灵活；只对目标本身或其某一部位造成破坏，不会象核武器、生化武器那样造成大范围的附加损害；即可用于进行电子战，也可用于破坏或摧毁目标的硬杀伤，如拦击飞机、卫星和各种导弹等（其中激光武器与微波武器又是电磁波应用的例子；粒子束武器是电子、质子、中子这些微粒大量地被加速到接近光速，并汇集成一条极窄的射束，构成了一“颗”动能巨大的“炮弹”，可作为加速器的应用例子，对后续课题的教学很有好处）。扩展（二）：电炮，千百年来火药一直是枪弹、炮弹、火箭得以飞行的动力源，没有火药，炮弹将寸步难行，不过近些年来，应用电能作为动力源的电炮——电热炮、电磁炮等的研究取得了相当大的进展，如：在美国，麦克斯韦尔实验室的90毫米口径单发导轨炮在1991年已成功发射了1.58千克重的炮弹，初速度达到3.3千米/秒，炮口动能达到8.6兆焦耳，正在改进电源并建造可提供40－100兆焦耳射弹动能的电磁发射器，由于超导技术的发展，为电磁炮的研制提供有利条件，装备电磁炮的坦克预计会在本世纪初实现；电热炮是一种利用电脉冲向某种绝缘材料放电，将燃料加热并汽化为等离子体推动弹丸的炮，它和电磁炮的动能都大大超过火泡，是一种有广泛发展前景的威力强大的炮，可见，电炮是通过提高动能来增加命中率的，电炮所涉及的动量定理、动能定理、反冲、落体运动等物理知识在力学中可以学到，在此基础上还运用了电学中的导体棒的加速以及等离子体的知识，有待以后进一步学习，这将引起学生对后续知识的渴求。扩展（三）：导弹，学生往往会以为导弹就是威力更大的炮弹，其实不然，导弹是一种依靠自身动力装置推进，由制导系统导引、控制自己的飞行路线并导向目标的一种武器，按它的飞行方式分为弹道导弹和巡航导弹：弹道导弹的飞行弹道由主动段和被动段两部分组成，火箭发动机和制导系统仅在主动段飞行时工作，进入被动段后导弹做惯性飞行；巡航导弹应用空气喷气主发动机，保持发动机的推力约等于空气阻力，气动升力约等于导弹重量，近似等高和匀速的飞行。导弹涉及火箭运动的原理即作用力与反作用力的物理知识，惯性飞行是落体运动、巡航飞行是匀速直线运动，这些知识学生觉得亲切又熟悉，减少学生那种对高新技术高不可及的感觉，增强学生的自信心。扩展（四）：精确制导武器，过去打仗，用飞机或大炮发射出去的炮弹不能改变飞行路线，投偏了一偏到底，投得准不准全靠飞机驾驶员或大炮射手的本事，现在人们发明了自己能修正飞行路线、自己能寻找目标、发现目标、攻击目标的聪明武器，这些“精确制导武器”上面都装有一个精巧的电脑系统或者由电脑与小型的寻找目标用的装置（叫传感器）组成的系统。
以上由炮弹为基本模型引出的一系列兵器，是利用多种途径知识（包括力学、电磁学、电子技术等物理知识）对炮弹这一基本模型进行改进与创新而得到的，因而创新并非很神秘，鼓励学生认真学习物理知识，在实践中多接触实际模型多动手多创新。
二、雷达、隐形技术、夜视仪
电磁学与光学知识在现代化建设中越来越普及，在国防建设中更为重要，比如：（一）雷达，多数学生都熟悉雷达是靠发射电磁波、利用波的反射原理、对反射波进行接收的探测器，雷达对飞机构成的威胁最大，因此，反雷达的隐形技术发展得也很快，这样又使能探测隐形飞机和隐形导弹的雷达进一步发展，依据电磁波不同的波长、不同的传播方式等，雷达的种类也相当多，如：长波雷达、超视距雷达、双（多）基地雷达、无载波雷达、无源雷达、天基雷达（星载雷达）等。（二）隐形技术，隐形主要是躲避敌方的声、光、电等探测器的探测，提高自身的生存能力。常用隐形技术有：①涂敷迷彩以缩小被敌方光学探测器和目视发现的距离，如晚上执行任务的飞机涂敷黑色迷彩，白天则一般涂浅灰蓝的迷彩，海湾战争期间，多国部队的飞机在转场至沙特阿拉伯等国的航空基地之前，几乎都将原先的迷彩去掉，改涂土黄色，以便与当地的地貌相匹配；②采用涂敷吸波材料、减少自身的雷达反射截面积来达到雷达隐身，如F－117A飞机采用奇特的多棱锥体外形目的就是将敌方发射来的雷达波以各种角度向飞机上半球的天空散射，比F－117A晚几年的B－2隐身轰炸机采用曲率半径均匀变化的曲面式机翼设计，使其表面上每一点都向不同方向反射低强度的电磁波，隐身效果极佳且起动特征比F－117A好。③降低红外信息特征达到红外隐身， 发动机和尾喷口是主要的红外信息源，对此作巧妙设计的YF－23A 战斗机不易被红外探测装置发现；④控制噪声源和控制噪声的向外发射，据称，在机场附近听到的F－117A飞机着陆时的音响， 仅相当于一只蜜蜂在耳边发出的“嗡嗡”声。（三）夜视仪，夜战已成为现代战争经常运用的一种作战方式，夜视能力强的一方将取得夜战的主动权，主动红外夜视仪、微光夜视仪、红外热像仪这些夜视仪是降服黑夜的胜利者，能令漆黑的夜幕变得“单向透明”，以主动红外夜视仪为例（附原理图）：
由上图可见，主动红外夜视仪需用红外探照灯或带有红外滤波玻璃的白炽探照灯来发射人眼看不见的红外辐射，照射目标，然后用夜视仪中的观察镜的物镜接收目标反射回来的红外线，在红外变像管的光电阴极面上形成目标的红外光学图象，通过变像管将不可见的红外目标图象转换成人眼可见的图象，在荧光屏上显示出来，于是人眼就可通过观察镜的目镜观察到目标的图象。通过对夜视仪的介绍，学生对红外线的特性、光电效应等物理知识的应用认识更深刻了。
三、寻求物理与技术的最佳结合点，使技术教育服务于知识教育
通过以上两组兵器的介绍，我们发现中学物理知识与现代兵器有非常密切的关系，随着人类对自然环境的关注，要求既能抵御外敌侵略又能保卫地球环境的国防建设受到重视，物理知识在高新技术兵器中应用越来越广泛，微电子、计算机、航天等高技术的发展，激光武器、微波武器、中子弹的出现，减轻了核武器、生化武器对人类和环境的压力。随着学生掌握的物理知识和对现代技术的了解越多，他们看问题的眼光会更科学更长远，他们知道激光兴束不仅应用于军事、工厂焊接、科技测距，还应用于医学治病救人、应用于上海外滩美丽的夜景，令人留连忘返……因而，要围绕物理知识，找到技术与物理的最佳结合点进行高效的教学。如可以结合多媒体现代化教学手段，增大介绍性的应用知识的信息量；可以开展讲座，也可以拟“激光的应用”、“简介隐形技术在军事中的应用”等小课题，辅导学生查阅资料，学写小论文和科普文章；许多男生对兵器知识很感兴趣，结合物理知识引导他们识别各种兵器及了解其功能，收集图片开展校园国防科技知识展览与宣传等等活动，通过把高新技术兵器作为物理知识应用于技术的实例进行物理与技术教育，使物理知识与高技术知识相辅相成，显示出物理知识在技术应用中的巨大魅力，通过多种教学手段的应用促进学生能力的全面发展。
综上所述，物理学科承担起普及国防科技知识的爱国主义教育有它自身的特色与科学说服力，物理学科在素质教育中的地位是其他任何学科无法替代的，因而，教师应促进学生关注物理知识与技术的发展，使学生感受物理知识对现代生活的影响，从而引发他们的学习热情，利用所学知识和技能开创自己的未来。