大学物理基础理论与军事技术的连通问题研究

周鸣宇　吴世永　李慧

摘  要：该文研究梳理出大学物理阶段教学知识点，通过找出与军事连通的相关实例，使教学内容上不但偏重于物理理论的全面性、系统性和严谨性，而且使大学物理教学具有鲜明的军事应用特色，突出了军事应用背景。把现代高科技军事装备与物理原理有机结合，为学员能够适应后续专业课程的学习筑牢基础，为部队岗位的实际需要做好准备。

关键词：大学物理  军事技术  知识连通

中图分类号：G642    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）11（b）-0204-02

大学物理作为一门基础学科，在教学中要注意与现代科学技术的发展和交叉学科紧密结合起来，尤其是军事院校的基础物理课程教学要与科学、技术和军事对接起来。让物理内容与军事生活、科学技术相联系，使学员强烈感受到物理学有趣、有用，现代高科技、现代军事装备充满了物理原理[1]，使学员强烈体会到物理学对未来军事训练的指导作用。2017年军委下发了《大学物理教学大纲》，同样特别提出了要加强物理学与军事问题的融合渗透，将军事应用典型实例引入教学的要求。因此，将物理学前沿、热点及应用选取相关内容适当充入教材，哪怕是阅读部分，也会使大学物理内容更贴近军事，贴近实际，有利于素质教育的全面推进。

1  实际物理教学呈现出的与军事连通问题

目前海军院校大多《大学物理》课程采用高等教育出版社出版，马文蔚主编、2014年7月出版的《物理学》（第6版）教材，依据该教材的大学物理课程主要有以下几个方面与笔者学校学员的培养目标存在不相适应的地方：一是内容上多偏重于物理理论的全面性、系统性和严谨性，但对物理原理的实际应用重视不够。二是物理原理的应用实例及例题习题缺乏军事背景。教材中所引用的应用实例、例题、习题基本都是经过抽象得出的物理问题或者是一般的生活、工程应用实例，很少具有军事背景，与军队院校的课程培养目标不相符。三是部分内容存在与专业课衔接不当的问题，使得大学物理课程的基础和桥梁作用没有充分得到发挥。

2  物理与军事连通的解决对策

通过研究，针对学员大学物理知识梯度过大、与军事专业关联不够的情形，笔者所在课程组把教材内容改造成適合大学低年级学员尤其是飞行学员能普遍接受和理解的形式，使其具有鲜明的军事应用特色，以适应后续专业课程的学习和部队岗位的实际需要。课题组收集编写了《大学物理军事应用材料》，其中包括与军事应用相关的近30个扩展阅读材料和近80道例题、习题，涵盖力学、振动波动、热学、电磁学和近代物理等大多数大学物理内容。具体包括以下几方面。

2.1 力学部分

（1）利用牛顿定律解释舰载机起飞时弹射器和拦阻索的作用。

（2）把动量定理运用到飞机与飞鸟相撞事件和火箭飞行原理。

（3）把角动量守恒运用到飞机的螺旋桨设置和陀螺仪的定向导航方面。

（4）加强相对运动内容的讲解，为学员以后在空中作战时正确选择投弹时机和正确判断敌机相对位置提供理论基础。

（5）适当增加的流体力学基础内容，让学员明白飞机升力的由来。

2.2 振动和波动部分

（1）振动部分中着重对简谐振动运动形式的理解和描述，介绍阻尼振动、受迫振动的形成成因，共振的来源等，而减少简谐振动能量和合成的讲解。

（2）利用多普勒效应解释多普勒声纳工作原理。多普勒声纳是根据多普勒效应研制的一种利用水下声波来测量舰艇速度的精密仪器.多普勒声纳一般安装在舰艇的底部，有一个发射器和一个接收器组成，发射器沿着固定的倾角，斜向海底发射一束超声波OP，该束超声波在海底会发生漫反射，其中必定有一定强度的PO方向射回位于O的接收器，超声波在水中传播的速度远远大于舰艇前进的速度。

（3）利用多普勒效应解释激波现象，了解音障和音爆的产生。

2.3 热学部分

弱化气体动理论内容，强化热力学基础的4个热力学过程和循环过程，而对比较难理解的热力学第二定律和熵等内容仅做了解性讲解。

（1）利用气体状态方程和热力学第一定律，明白喷气发动机燃料的选择。

（2）利用气体绝热膨胀解释枪械消音器原理。枪的声音主要是来自子弹出膛时，空气冲出枪口时巨大的压力，火药产生了高温气体的高压脉冲会对外面的空气引起冲击震动，因此子弹出膛时会产生极大的噪声。要消除高速气流撞击空气带来的爆炸声，就要想办法降低气流速度。高速气流进入消音器以后首先降压，然后再从隔板中央的小孔会聚穿过，再膨胀降压，反复几次膨胀和会聚以后，气流能量就会大大衰减。

2.4 电磁学部分

（1）着重掌握电场性质和静电场中的导体，能够较好地掌握飞行过程中与静电相关的危害和相应的防范措施。掌握电容器相关的应用及计算，了解电容器作为定向能武器储能元件的作用。

（2）强化带电粒子和载流导线在磁场中受力的内容，为学员掌握先进的电磁轨道炮和粒子束武器等做知识储备。磁学部分弱化“磁场中的磁介质”内容。

（3）电磁感应部分着重电磁感应在复杂电磁环境对电磁信号的屏蔽、电磁脉冲弹和电磁线圈炮的应用。例如，电磁线圈炮主要由若干个沿轴向排列的驱动线圈，弹丸、弹载线圈和驱动电源组成，弹载线圈是绕在弹丸上的，每个驱动线圈由各自的驱动电源依次供电，先给线圈1供电，其他线圈咱不供电，有电磁感应定律可知，在弹体上的线圈有感应电流产生，该电流方向与线圈1的电流方向相反，因而弹体受到一个斥力被向前推进。当弹体进入线圈2时，线圈2又接通电流，弹体受到斥力继续加速，这样弹体受到一系列加速而获得很高的发射速度。

2.5 光学

（1）理解光程和光程差在激光测距仪上的应用。激光测距仪分为脉冲法测距仪和相位法测距仪。相位法测距仪就是利用检测发射光和反射光在空间中传播时发生的相位差来检测距离。

（2）利用劈尖干涉测量战斗机表面的阻力系数。在机翼表面均匀涂上硅油，硅油在气流作用下，逐渐变薄形成这种劈尖形的油膜。当用单色光照射时，油膜上下表面的反射光会发生干涉，产生明暗相间的干涉条纹。阻力系数不同时，形成的干涉条纹是不同的。

（3）重点讲述杨氏双缝干涉的原理，并能够分析其在飞机降落时应用。当雾霾等能见度不高的天气时，在有一些机场，杨氏双缝干涉的实验原理被应用在飞机安全导航系统中，指导飞机安全降落。在飞机跑道两侧对称地放置两个相同的发射相同频率无线电波的天线，两个天线装置类似于两个可发出相干光的狭缝。天线发出的两列无线电波在空间发生干涉现象;在空间某些区域内干涉加强，某些区域内干涉减弱;类似于杨氏双缝实验中的亮条纹和暗条纹。由对称性可知，沿着跑道的方向为中央零级最大值所在位置，也是飞机降落的位置，空间信号最强，飞机上安装有相应的无线电波接收装置，当飞机经过干涉加強区域时，接收装置显示信号加强，飞机驾驶员按照干涉信号强的区域驾驶并使飞机始终接收到该加强的信号，如果驾驶员发现的是中央零级最大值区域，飞机将准确地定位在正确的降落跑道上。

（4）重点讲述光栅衍射，分析相控阵雷达的基本原理，让学员将来在使用相控阵雷达时能够充分发挥其优势。通过移相器改变相邻入射微波的相位差，达到了与光栅斜入射时相同的效果，从而实现对天线波束方向的控制，使天线波束在一定范围内实现相控扫描。相控阵雷达是以电子方式控制天线波束的方向而非传统的机械转动方式，因而没有机械惯性，可高速扫描;通过增加辐射单元阵列的规模就可以有效地提高辐射功率、作用距离、分辨率等。

（5）利用光的干涉原理解释激光陀螺和雷达波吸收涂层的原理。

（6）掌握光的偏振内容，了解偏振片在飞行眼镜、伪装目标的偏振识别和偏振光导航中的应用。偏振光导航。太阳光本身不是偏振光，但当它穿过大气层，受到大气分子或尘埃等颗粒的散射后，变成了偏振光。蚂蚁就是利用偏振光来导航的，人们从它的眼睛结构中得到启示，制成了偏振光天文罗盘，为航行的舰船、飞机、导弹提供了一种新的导航手段。有了偏振光天文罗盘，即使在乌云密布的天气或日出前及日落后，人们仍可利用天空中的偏振光来定向，再不能使用磁罗盘的高纬度地区，例如南极、北极，可以用偏振光罗盘来代替航海、航空用的磁罗盘。

2.6 近代物理

（1）由质能方程了解核裂变、核聚变和核辐射，具备核污染和核防护的基本能力。

（2）掌握热辐射和维恩位移定律在红外制导技术、红外对抗中应用。

红外制导是利用目标自身的红外辐射来引导导弹和其他武器装备自动接近目标，以提高命中率。红外对抗是指通过消除目标与背景之间红外辐射的差别，使敌方红外探测设备失灵，达到保护目标的作用。主要的手段有红外干扰机、红外诱饵、红外烟雾和红外隐身等。红外干扰机通过模拟被保护目标的红外辐射并加以调制，使敌方导弹的制导系统产生误差从而攻击不到目标。红外诱饵利用不同的材料燃烧时发出的红外辐射特性不同的原理，通过发射红外曳光弹、放热气球、喷射燃油等制作假象，引诱敌红外制导的导弹偏离目标，保护自己。

（3）利用光电效应掌握微光夜视仪的工作原理。微光夜视仪就是将夜间微弱的夜天光放大成千上万倍，让人们在夜间也可以进行观察。

3  结语

随着科技的进步，大量信息技术及高科技武器装备在军事训练领域得到广泛应用，军队院校作为部队培养人才的主阵地，担负着培养具有优良军事素质、坚实科学底蕴的新型军事人才的重任，更需要搭建能适应信息化战争需求的新型军事训练体系。通过大学物理与军事知识的连通，培养学员科学实战训练思维，在未来指导军人实战训练时将发挥重要作用。

参考文献

[1] 教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会.解放思想，力争超越，进一步推进基础物理教学改革创新的倡议[J].中国大学教学，2014（11）：4-6.

[2] 吴世永，曲亮生，李慧，等.大学物理蕴含的科学思维方法在实战训练中的体现[J].物理与工程，2014，24（5）：59-61.

[3] 东南大学等编，马文蔚等改编.物理学（下册）[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.