中學(xué)物理中的航空航天問(wèn)題探討

劉澤宇

摘 要 近幾年來(lái)，隨著我國(guó)航天事業(yè)的飛速發(fā)展，特別是“嫦娥一號(hào)”和“嫦娥二號(hào)”的成功發(fā)射，鼓舞了一代又一代航天人。同時(shí)航空航天與萬(wàn)有引力定律的有機(jī)結(jié)合，也成為了中學(xué)物理考試中的熱點(diǎn)話題。文章以我國(guó)航空航天為研究對(duì)象，探討其中所包含的物理知識(shí)，與大家分享。

關(guān)鍵詞 物理；航空航天；問(wèn)題；探討

中國(guó)航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展也給我們的高考物理命題提供了很好的素材。衛(wèi)星問(wèn)題與現(xiàn)代科技結(jié)合越來(lái)越密切，與之相關(guān)的應(yīng)用型試題應(yīng)運(yùn)而生，這已成為了高考中的熱點(diǎn)問(wèn)題，同時(shí)也符合加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際，讓科學(xué)技術(shù)與社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展緊密聯(lián)系，注重物理知識(shí)在生產(chǎn)、生活等方面廣泛應(yīng)用的高考大剛及實(shí)踐要求。為此下面我想就衛(wèi)星的變軌、人造衛(wèi)星、黑洞等方面來(lái)談?wù)勎依斫獾暮娇蘸教熘械奈锢韱?wèn)題，具體主要包括以下幾個(gè)方面：

一、航天飛行器的變軌問(wèn)題

飛船或衛(wèi)星從地面發(fā)射時(shí)，一般先將其發(fā)射到距地球較近的軌道上做圓周運(yùn)動(dòng)，再在適當(dāng)位置實(shí)施變軌，使其離開(kāi)原來(lái)的圓周軌道，在半長(zhǎng)軸較大的橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)行至橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)再次實(shí)施變軌，使其在以橢圓半長(zhǎng)軸為半徑的圓軌道上做圓周運(yùn)動(dòng)，這個(gè)軌道就是飛船或衛(wèi)星的穩(wěn)定運(yùn)行或工作軌道。

例1.2008年9月25日至28日我國(guó)成功實(shí)施了“神舟”七號(hào)載人航天飛行并實(shí)現(xiàn)了航天員首次出艙。如圖所示，飛船先沿橢圓軌道飛行，后在遠(yuǎn)地點(diǎn)343千米處點(diǎn)火加速，由橢圓軌道變成高度為343千米的圓軌道，在此圓軌道上飛船運(yùn)行周期約為90分鐘。下列判斷正確的是：

A.飛船在變軌前后的機(jī)械能相等

B.飛船在圓軌道上時(shí)航天員出艙前后都處于失重狀態(tài)

C.飛船在此圓軌道上運(yùn)動(dòng)的角速度大于同步衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的角速度

D.飛船變軌前通過(guò)橢圓軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)的加速度大于變軌后圓軌道運(yùn)動(dòng)的加速度

解析：飛船變軌前后，由于推進(jìn)火箭的做功，飛船的機(jī)械能不守恒，故A錯(cuò)；飛船在圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)萬(wàn)有引力來(lái)提供向心力，航天員出艙前后都處于失重狀態(tài)，B對(duì)；飛船在此圓軌道上運(yùn)動(dòng)的周期90分鐘小于同步衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的周期24小時(shí)，根據(jù) T=■可知，飛船在此圓軌道上運(yùn)動(dòng)的角度速度大于同步衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的角速度，C對(duì)。飛船變軌前通過(guò)橢圓軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)只有萬(wàn)有引力來(lái)提供加速度，變軌后沿圓軌道運(yùn)動(dòng)也是只有萬(wàn)有引力來(lái)提供加速度，沿兩軌道運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)該點(diǎn)時(shí)，所受萬(wàn)有引力相等，有牛二定律知加速度相等，故D錯(cuò)。本題選BC。

二、人造地球衛(wèi)星問(wèn)題探究

人造衛(wèi)星運(yùn)行軌道的中心與地球球心重合。同步通信衛(wèi)星的軌道與赤道平面重合，運(yùn)行的角速度（或周期）與地球的自傳角速度（或周期）相同，距地面的高度一定。近地衛(wèi)星的軌道半徑與地球半徑相等。

例2.已知地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響

（1）推導(dǎo)第一宇宙速度v1的表達(dá)式；

（2）若衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行軌道距離地面高度為h，求衛(wèi)星的運(yùn)行周期；

例3.某顆地球同步衛(wèi)星正下方的地球表面上有一觀察者，他用天文望遠(yuǎn)鏡觀察被太陽(yáng)照射的此衛(wèi)星。試問(wèn)春分那天（太陽(yáng)光直射赤道）在日落后12小時(shí)內(nèi)有多長(zhǎng)時(shí)間該觀察者看不見(jiàn)此衛(wèi)星？已知地球半徑為R，地球表面處的重力加速度為g，地球自轉(zhuǎn)周期為T(mén)，不考慮大氣對(duì)光的折射。

三、物理中關(guān)于黑洞問(wèn)題的探討

宇宙空間的大質(zhì)量恒星演化到末期，在其自身引力作用下發(fā)生急劇塌縮，形成密度極大，引力場(chǎng)特強(qiáng)的特殊星體。它的引力場(chǎng)強(qiáng)大到使得外界物質(zhì)只能進(jìn)入星體內(nèi)而不可能逃離，就連射向它的光線也只能乖乖被俘無(wú)法反射，看上去它就像宇宙中的無(wú)底洞，故天文學(xué)上稱(chēng)這類(lèi)星體叫黑洞。若取無(wú)限遠(yuǎn)處為引力勢(shì)能的零位置，在它的引力作用范圍內(nèi)，物體的引力勢(shì)能總是負(fù)值。

例4.2008年12月，天文學(xué)家們通過(guò)觀測(cè)的數(shù)據(jù)確認(rèn)了銀河系中央的黑洞“人馬座A”的質(zhì)量與太陽(yáng)質(zhì)量的倍數(shù)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)。有一星體S2繞人馬座A做橢圓運(yùn)動(dòng)，其軌道半長(zhǎng)軸為9.50×102天文單位（地球公轉(zhuǎn)軌道的半徑為一個(gè)天文單位），人馬座A就處在該橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。觀測(cè)到S2星的運(yùn)行周期是15.2年。

（1）若將S2星的運(yùn)行軌道視為半徑r=9.50×102天文單位的圓軌道。試估算人馬座A的質(zhì)量MA是太陽(yáng)質(zhì)量Ms的多少倍（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）；

（2）黑洞的第二宇宙速度極大，處于黑洞表面的粒子即使以光速運(yùn)動(dòng)，其具有的動(dòng)能也不足以克服黑洞對(duì)它的引力束縛。由于引力的作用，黑洞表面處質(zhì)量為m的粒子具有的勢(shì)能為 （設(shè)粒子在離黑洞無(wú)限遠(yuǎn)處的勢(shì)能為零），式中M、R分別表示黑洞的質(zhì)量和半徑。已知引力常量G=6.7×10-11N？m2/kg2，光速c=3.0×108m/s，太陽(yáng)質(zhì)量Ms=2.0×1030kg，太陽(yáng)半徑Rs=7.0× 108m，不考慮相對(duì)論效應(yīng)，利用上問(wèn)結(jié)果，在經(jīng)典力學(xué)范圍內(nèi)求人馬座A的半徑R與太陽(yáng)半徑之比應(yīng)小于多少。

四、結(jié)語(yǔ)

中學(xué)物理考察的內(nèi)容一直與當(dāng)前航空航天緊密聯(lián)系在一起，這充分體現(xiàn)了注重能力與科學(xué)素養(yǎng)、理論與實(shí)際相結(jié)合的特點(diǎn)和要求。物理學(xué)的研究，與其它學(xué)科之間有者顯著的不同，其無(wú)論是概念的建立還是規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、概括，都需要思維的加工，與一般的思維過(guò)程相比較，在共性之中，物理學(xué)科的思維又有其個(gè)性。所以需要我們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中靜下心來(lái)，準(zhǔn)確把握各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系與區(qū)別，舉一反三，最終做到融會(huì)貫通、靈活多變，讓物理更好地服務(wù)于生產(chǎn)生活。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳俊.交大之星·高中物理300題：高考熱點(diǎn)問(wèn)題[M].上海交通大學(xué)出版社，2010.

[2]王平杰.浙大優(yōu)學(xué)：高中物理思想方法提煉與拓展[M].浙江大學(xué)出版社，2012.endprint

摘 要 近幾年來(lái)，隨著我國(guó)航天事業(yè)的飛速發(fā)展，特別是“嫦娥一號(hào)”和“嫦娥二號(hào)”的成功發(fā)射，鼓舞了一代又一代航天人。同時(shí)航空航天與萬(wàn)有引力定律的有機(jī)結(jié)合，也成為了中學(xué)物理考試中的熱點(diǎn)話題。文章以我國(guó)航空航天為研究對(duì)象，探討其中所包含的物理知識(shí)，與大家分享。

關(guān)鍵詞 物理；航空航天；問(wèn)題；探討

中國(guó)航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展也給我們的高考物理命題提供了很好的素材。衛(wèi)星問(wèn)題與現(xiàn)代科技結(jié)合越來(lái)越密切，與之相關(guān)的應(yīng)用型試題應(yīng)運(yùn)而生，這已成為了高考中的熱點(diǎn)問(wèn)題，同時(shí)也符合加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際，讓科學(xué)技術(shù)與社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展緊密聯(lián)系，注重物理知識(shí)在生產(chǎn)、生活等方面廣泛應(yīng)用的高考大剛及實(shí)踐要求。為此下面我想就衛(wèi)星的變軌、人造衛(wèi)星、黑洞等方面來(lái)談?wù)勎依斫獾暮娇蘸教熘械奈锢韱?wèn)題，具體主要包括以下幾個(gè)方面：

一、航天飛行器的變軌問(wèn)題

飛船或衛(wèi)星從地面發(fā)射時(shí)，一般先將其發(fā)射到距地球較近的軌道上做圓周運(yùn)動(dòng)，再在適當(dāng)位置實(shí)施變軌，使其離開(kāi)原來(lái)的圓周軌道，在半長(zhǎng)軸較大的橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)行至橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)再次實(shí)施變軌，使其在以橢圓半長(zhǎng)軸為半徑的圓軌道上做圓周運(yùn)動(dòng)，這個(gè)軌道就是飛船或衛(wèi)星的穩(wěn)定運(yùn)行或工作軌道。

例1.2008年9月25日至28日我國(guó)成功實(shí)施了“神舟”七號(hào)載人航天飛行并實(shí)現(xiàn)了航天員首次出艙。如圖所示，飛船先沿橢圓軌道飛行，后在遠(yuǎn)地點(diǎn)343千米處點(diǎn)火加速，由橢圓軌道變成高度為343千米的圓軌道，在此圓軌道上飛船運(yùn)行周期約為90分鐘。下列判斷正確的是：

A.飛船在變軌前后的機(jī)械能相等

B.飛船在圓軌道上時(shí)航天員出艙前后都處于失重狀態(tài)

C.飛船在此圓軌道上運(yùn)動(dòng)的角速度大于同步衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的角速度

D.飛船變軌前通過(guò)橢圓軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)的加速度大于變軌后圓軌道運(yùn)動(dòng)的加速度

解析：飛船變軌前后，由于推進(jìn)火箭的做功，飛船的機(jī)械能不守恒，故A錯(cuò)；飛船在圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)萬(wàn)有引力來(lái)提供向心力，航天員出艙前后都處于失重狀態(tài)，B對(duì)；飛船在此圓軌道上運(yùn)動(dòng)的周期90分鐘小于同步衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的周期24小時(shí)，根據(jù) T=■可知，飛船在此圓軌道上運(yùn)動(dòng)的角度速度大于同步衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的角速度，C對(duì)。飛船變軌前通過(guò)橢圓軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)只有萬(wàn)有引力來(lái)提供加速度，變軌后沿圓軌道運(yùn)動(dòng)也是只有萬(wàn)有引力來(lái)提供加速度，沿兩軌道運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)該點(diǎn)時(shí)，所受萬(wàn)有引力相等，有牛二定律知加速度相等，故D錯(cuò)。本題選BC。

二、人造地球衛(wèi)星問(wèn)題探究

人造衛(wèi)星運(yùn)行軌道的中心與地球球心重合。同步通信衛(wèi)星的軌道與赤道平面重合，運(yùn)行的角速度（或周期）與地球的自傳角速度（或周期）相同，距地面的高度一定。近地衛(wèi)星的軌道半徑與地球半徑相等。

例2.已知地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響

（1）推導(dǎo)第一宇宙速度v1的表達(dá)式；

（2）若衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行軌道距離地面高度為h，求衛(wèi)星的運(yùn)行周期；

例3.某顆地球同步衛(wèi)星正下方的地球表面上有一觀察者，他用天文望遠(yuǎn)鏡觀察被太陽(yáng)照射的此衛(wèi)星。試問(wèn)春分那天（太陽(yáng)光直射赤道）在日落后12小時(shí)內(nèi)有多長(zhǎng)時(shí)間該觀察者看不見(jiàn)此衛(wèi)星？已知地球半徑為R，地球表面處的重力加速度為g，地球自轉(zhuǎn)周期為T(mén)，不考慮大氣對(duì)光的折射。

三、物理中關(guān)于黑洞問(wèn)題的探討

宇宙空間的大質(zhì)量恒星演化到末期，在其自身引力作用下發(fā)生急劇塌縮，形成密度極大，引力場(chǎng)特強(qiáng)的特殊星體。它的引力場(chǎng)強(qiáng)大到使得外界物質(zhì)只能進(jìn)入星體內(nèi)而不可能逃離，就連射向它的光線也只能乖乖被俘無(wú)法反射，看上去它就像宇宙中的無(wú)底洞，故天文學(xué)上稱(chēng)這類(lèi)星體叫黑洞。若取無(wú)限遠(yuǎn)處為引力勢(shì)能的零位置，在它的引力作用范圍內(nèi)，物體的引力勢(shì)能總是負(fù)值。

例4.2008年12月，天文學(xué)家們通過(guò)觀測(cè)的數(shù)據(jù)確認(rèn)了銀河系中央的黑洞“人馬座A”的質(zhì)量與太陽(yáng)質(zhì)量的倍數(shù)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)。有一星體S2繞人馬座A做橢圓運(yùn)動(dòng)，其軌道半長(zhǎng)軸為9.50×102天文單位（地球公轉(zhuǎn)軌道的半徑為一個(gè)天文單位），人馬座A就處在該橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。觀測(cè)到S2星的運(yùn)行周期是15.2年。

（1）若將S2星的運(yùn)行軌道視為半徑r=9.50×102天文單位的圓軌道。試估算人馬座A的質(zhì)量MA是太陽(yáng)質(zhì)量Ms的多少倍（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）；

（2）黑洞的第二宇宙速度極大，處于黑洞表面的粒子即使以光速運(yùn)動(dòng)，其具有的動(dòng)能也不足以克服黑洞對(duì)它的引力束縛。由于引力的作用，黑洞表面處質(zhì)量為m的粒子具有的勢(shì)能為 （設(shè)粒子在離黑洞無(wú)限遠(yuǎn)處的勢(shì)能為零），式中M、R分別表示黑洞的質(zhì)量和半徑。已知引力常量G=6.7×10-11N？m2/kg2，光速c=3.0×108m/s，太陽(yáng)質(zhì)量Ms=2.0×1030kg，太陽(yáng)半徑Rs=7.0× 108m，不考慮相對(duì)論效應(yīng)，利用上問(wèn)結(jié)果，在經(jīng)典力學(xué)范圍內(nèi)求人馬座A的半徑R與太陽(yáng)半徑之比應(yīng)小于多少。

四、結(jié)語(yǔ)

中學(xué)物理考察的內(nèi)容一直與當(dāng)前航空航天緊密聯(lián)系在一起，這充分體現(xiàn)了注重能力與科學(xué)素養(yǎng)、理論與實(shí)際相結(jié)合的特點(diǎn)和要求。物理學(xué)的研究，與其它學(xué)科之間有者顯著的不同，其無(wú)論是概念的建立還是規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、概括，都需要思維的加工，與一般的思維過(guò)程相比較，在共性之中，物理學(xué)科的思維又有其個(gè)性。所以需要我們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中靜下心來(lái)，準(zhǔn)確把握各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系與區(qū)別，舉一反三，最終做到融會(huì)貫通、靈活多變，讓物理更好地服務(wù)于生產(chǎn)生活。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳俊.交大之星·高中物理300題：高考熱點(diǎn)問(wèn)題[M].上海交通大學(xué)出版社，2010.

[2]王平杰.浙大優(yōu)學(xué)：高中物理思想方法提煉與拓展[M].浙江大學(xué)出版社，2012.endprint

摘 要 近幾年來(lái)，隨著我國(guó)航天事業(yè)的飛速發(fā)展，特別是“嫦娥一號(hào)”和“嫦娥二號(hào)”的成功發(fā)射，鼓舞了一代又一代航天人。同時(shí)航空航天與萬(wàn)有引力定律的有機(jī)結(jié)合，也成為了中學(xué)物理考試中的熱點(diǎn)話題。文章以我國(guó)航空航天為研究對(duì)象，探討其中所包含的物理知識(shí)，與大家分享。

關(guān)鍵詞 物理；航空航天；問(wèn)題；探討

中國(guó)航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展也給我們的高考物理命題提供了很好的素材。衛(wèi)星問(wèn)題與現(xiàn)代科技結(jié)合越來(lái)越密切，與之相關(guān)的應(yīng)用型試題應(yīng)運(yùn)而生，這已成為了高考中的熱點(diǎn)問(wèn)題，同時(shí)也符合加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際，讓科學(xué)技術(shù)與社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展緊密聯(lián)系，注重物理知識(shí)在生產(chǎn)、生活等方面廣泛應(yīng)用的高考大剛及實(shí)踐要求。為此下面我想就衛(wèi)星的變軌、人造衛(wèi)星、黑洞等方面來(lái)談?wù)勎依斫獾暮娇蘸教熘械奈锢韱?wèn)題，具體主要包括以下幾個(gè)方面：

一、航天飛行器的變軌問(wèn)題

飛船或衛(wèi)星從地面發(fā)射時(shí)，一般先將其發(fā)射到距地球較近的軌道上做圓周運(yùn)動(dòng)，再在適當(dāng)位置實(shí)施變軌，使其離開(kāi)原來(lái)的圓周軌道，在半長(zhǎng)軸較大的橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)行至橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)再次實(shí)施變軌，使其在以橢圓半長(zhǎng)軸為半徑的圓軌道上做圓周運(yùn)動(dòng)，這個(gè)軌道就是飛船或衛(wèi)星的穩(wěn)定運(yùn)行或工作軌道。

例1.2008年9月25日至28日我國(guó)成功實(shí)施了“神舟”七號(hào)載人航天飛行并實(shí)現(xiàn)了航天員首次出艙。如圖所示，飛船先沿橢圓軌道飛行，后在遠(yuǎn)地點(diǎn)343千米處點(diǎn)火加速，由橢圓軌道變成高度為343千米的圓軌道，在此圓軌道上飛船運(yùn)行周期約為90分鐘。下列判斷正確的是：

A.飛船在變軌前后的機(jī)械能相等

B.飛船在圓軌道上時(shí)航天員出艙前后都處于失重狀態(tài)

C.飛船在此圓軌道上運(yùn)動(dòng)的角速度大于同步衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的角速度

D.飛船變軌前通過(guò)橢圓軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)的加速度大于變軌后圓軌道運(yùn)動(dòng)的加速度

解析：飛船變軌前后，由于推進(jìn)火箭的做功，飛船的機(jī)械能不守恒，故A錯(cuò)；飛船在圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)萬(wàn)有引力來(lái)提供向心力，航天員出艙前后都處于失重狀態(tài)，B對(duì)；飛船在此圓軌道上運(yùn)動(dòng)的周期90分鐘小于同步衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的周期24小時(shí)，根據(jù) T=■可知，飛船在此圓軌道上運(yùn)動(dòng)的角度速度大于同步衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的角速度，C對(duì)。飛船變軌前通過(guò)橢圓軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)只有萬(wàn)有引力來(lái)提供加速度，變軌后沿圓軌道運(yùn)動(dòng)也是只有萬(wàn)有引力來(lái)提供加速度，沿兩軌道運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)該點(diǎn)時(shí)，所受萬(wàn)有引力相等，有牛二定律知加速度相等，故D錯(cuò)。本題選BC。

二、人造地球衛(wèi)星問(wèn)題探究

人造衛(wèi)星運(yùn)行軌道的中心與地球球心重合。同步通信衛(wèi)星的軌道與赤道平面重合，運(yùn)行的角速度（或周期）與地球的自傳角速度（或周期）相同，距地面的高度一定。近地衛(wèi)星的軌道半徑與地球半徑相等。

例2.已知地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響

（1）推導(dǎo)第一宇宙速度v1的表達(dá)式；

（2）若衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行軌道距離地面高度為h，求衛(wèi)星的運(yùn)行周期；

例3.某顆地球同步衛(wèi)星正下方的地球表面上有一觀察者，他用天文望遠(yuǎn)鏡觀察被太陽(yáng)照射的此衛(wèi)星。試問(wèn)春分那天（太陽(yáng)光直射赤道）在日落后12小時(shí)內(nèi)有多長(zhǎng)時(shí)間該觀察者看不見(jiàn)此衛(wèi)星？已知地球半徑為R，地球表面處的重力加速度為g，地球自轉(zhuǎn)周期為T(mén)，不考慮大氣對(duì)光的折射。

三、物理中關(guān)于黑洞問(wèn)題的探討

宇宙空間的大質(zhì)量恒星演化到末期，在其自身引力作用下發(fā)生急劇塌縮，形成密度極大，引力場(chǎng)特強(qiáng)的特殊星體。它的引力場(chǎng)強(qiáng)大到使得外界物質(zhì)只能進(jìn)入星體內(nèi)而不可能逃離，就連射向它的光線也只能乖乖被俘無(wú)法反射，看上去它就像宇宙中的無(wú)底洞，故天文學(xué)上稱(chēng)這類(lèi)星體叫黑洞。若取無(wú)限遠(yuǎn)處為引力勢(shì)能的零位置，在它的引力作用范圍內(nèi)，物體的引力勢(shì)能總是負(fù)值。

例4.2008年12月，天文學(xué)家們通過(guò)觀測(cè)的數(shù)據(jù)確認(rèn)了銀河系中央的黑洞“人馬座A”的質(zhì)量與太陽(yáng)質(zhì)量的倍數(shù)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)。有一星體S2繞人馬座A做橢圓運(yùn)動(dòng)，其軌道半長(zhǎng)軸為9.50×102天文單位（地球公轉(zhuǎn)軌道的半徑為一個(gè)天文單位），人馬座A就處在該橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。觀測(cè)到S2星的運(yùn)行周期是15.2年。

（1）若將S2星的運(yùn)行軌道視為半徑r=9.50×102天文單位的圓軌道。試估算人馬座A的質(zhì)量MA是太陽(yáng)質(zhì)量Ms的多少倍（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）；

（2）黑洞的第二宇宙速度極大，處于黑洞表面的粒子即使以光速運(yùn)動(dòng)，其具有的動(dòng)能也不足以克服黑洞對(duì)它的引力束縛。由于引力的作用，黑洞表面處質(zhì)量為m的粒子具有的勢(shì)能為 （設(shè)粒子在離黑洞無(wú)限遠(yuǎn)處的勢(shì)能為零），式中M、R分別表示黑洞的質(zhì)量和半徑。已知引力常量G=6.7×10-11N？m2/kg2，光速c=3.0×108m/s，太陽(yáng)質(zhì)量Ms=2.0×1030kg，太陽(yáng)半徑Rs=7.0× 108m，不考慮相對(duì)論效應(yīng)，利用上問(wèn)結(jié)果，在經(jīng)典力學(xué)范圍內(nèi)求人馬座A的半徑R與太陽(yáng)半徑之比應(yīng)小于多少。

四、結(jié)語(yǔ)

中學(xué)物理考察的內(nèi)容一直與當(dāng)前航空航天緊密聯(lián)系在一起，這充分體現(xiàn)了注重能力與科學(xué)素養(yǎng)、理論與實(shí)際相結(jié)合的特點(diǎn)和要求。物理學(xué)的研究，與其它學(xué)科之間有者顯著的不同，其無(wú)論是概念的建立還是規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、概括，都需要思維的加工，與一般的思維過(guò)程相比較，在共性之中，物理學(xué)科的思維又有其個(gè)性。所以需要我們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中靜下心來(lái)，準(zhǔn)確把握各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系與區(qū)別，舉一反三，最終做到融會(huì)貫通、靈活多變，讓物理更好地服務(wù)于生產(chǎn)生活。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王平杰.浙大優(yōu)學(xué)：高中物理思想方法提煉與拓展[M].浙江大學(xué)出版社，2012.endprint