陳識野

(云南省大理白族自治州民族中學 671000)

2017年，新版的《普通高中物理課程標準》發(fā)布，在新版課程標準的理念引領下，滲透著物理學科核心素養(yǎng)的高考試題和時代結合得也越來越緊密.放眼時代，自新中國建國以來，中國在航天領域實現(xiàn)了一次又一次地飛躍，憑借著神舟飛船、中國空間站、長征系列運載火箭等諸多航天器，如今我國已經(jīng)從航天大國邁向航天強國的行列中.結合時代和高考，“萬有引力與宇宙航行”這一模塊已經(jīng)成為高考試題命制中比較青睞的考點之一.

1 高考真題呈現(xiàn)

1.1 開普勒第行星定律應用類

例1 (2022·浙江1月卷·T8)“天問一號”從地球發(fā)射后，在如圖1(a(所示的P點沿地火轉移軌道到Q點，再依次進入如圖1(b)所示的調(diào)相軌道和停泊軌道，則天問一號( ).

圖1

A. 發(fā)射速度介于7.9km/s與11.2km/s之間

B. 從P點轉移到Q點的時間小于6個月

C. 在環(huán)繞火星的停泊軌道運行的周期比在調(diào)相軌道上小

D. 在地火轉移軌道運動時的速度均大于地球繞太陽的速度

答案：C.

1.2 環(huán)繞類

例2 (2022·全國乙卷·T14)2022年3月，中國航天員翟志剛、王亞平、葉光富在離地球表面約400km的“天宮二號”空間站上通過天地連線，為同學們上了一堂精彩的科學課.通過直播畫面可以看到，在近地圓軌道上飛行的“天宮二號”中，航天員可以自由地漂浮，這表明他們( ).

A. 所受地球引力的大小近似為零

B. 所受地球引力與飛船對其作用力兩者的合力近似為零

C. 所受地球引力的大小與其隨飛船運動所需向心力的大小近似相等

D. 在地球表面上所受引力的大小小于其隨飛船運動所需向心力的大小

答案：C.

1.3 萬有引力與重力關系類

例3 (2022·山東卷·T6)“羲和號”是我國首顆太陽探測科學技術試驗衛(wèi)星.如圖2所示，該衛(wèi)星圍繞地球的運動視為勻速圓周運動，軌道平面與赤道平面接近垂直.衛(wèi)星每天在相同時刻，沿相同方向經(jīng)過地球表面A點正上方，恰好繞地球運行n圈.已知地球半徑為地軸R，自轉周期為T，地球表面重力加速度為g，則“羲和號”衛(wèi)星軌道距地面高度為( ).

圖2

答案：C.

2 命題走向分析

從表1的分析中可以看出，2022年“萬有引力與宇宙航行”高考真題多以我國最新的航空航天科技成果為命題情境，通過最真實的情境呈現(xiàn)，考查學生綜合運用萬有引力知識解決實際問題的能力，每套試題中均有涉及.大多數(shù)試題以選擇題出現(xiàn)，只有全國甲卷和江蘇卷將該模塊融入到其他模塊中，以一個綜合計算題的形式出現(xiàn).考點涵蓋了牛頓運動定律、失重、勻速圓周運動、萬有引力定律、開普勒行星定律、萬有引力與重力的關系、宇宙速度和變軌問題等物理知識點.

表1

3 高考命題者青睞的原因

3.1 建設科技強國、航天強國的必然要求

為黨育人，為國育才是教育的使命，我們國家正在加快建設科技強國，努力實現(xiàn)高水平科技的自立自強.航天作為高水平科技的代表領域，引導學生關注航天，考查學生的航天知識是現(xiàn)階段國家發(fā)展的必然要求，在高考命題中考查“萬有引力與宇宙航行”，不僅能提升學生的綜合素養(yǎng)，更能體現(xiàn)為黨育人，為國育才得教育使命.

3.2 學科核心素養(yǎng)要求

《普通高中物理課程標準(2017年版2020年修訂)》將物理學科核心素養(yǎng)凝練為：物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任.在新版課程標準的指引下，高考的命題也必將滲透物理學科的核心素養(yǎng)，“萬有引力與宇宙航行”作為科學的前言，科技的體現(xiàn)，必然是滲透物理學科核心素養(yǎng)比較好的命題素材.在表2中，本人將2022年“萬有引力與宇宙航行”高考真題中的學科核心素養(yǎng)進行了分析，經(jīng)過分析也可以清晰的得出一個結論：作為落實學科核心素養(yǎng)的試題，“萬有引力與宇宙航行”是一個很好的切入點.

表2

3.3 小考點，大綜合

盡管“萬有引力與宇宙航行”模塊僅僅只是高考物理眾多考點中的一個，但由于該模塊涵蓋了牛頓運動定律、失重、能量轉化與守恒、勻速圓周運動、萬有引力定律、開普勒行星定律、萬有引力與重力的關系、宇宙速度等眾多基礎性內(nèi)容.而且該類試題對學生科學思維能力、應用能力、空間想象能力、知識點遷移能力以及運用數(shù)學知識解決物理問題的能力都有很高的要求，所以“萬有引力與宇宙航行”這一模塊的試題具備了“小考點，大綜合”的特點，備受高考命題者青睞也是必然的結果.

4 解題策略

4.1 科學建模，區(qū)分兩類模型——隨中心天體自轉和繞中心天體公轉

(1)模型一：隨中心天體自轉模型

(2)模型二：繞中心天體公轉

4.2 細致審題，辨別五個關鍵點

(1)辨別中心天體半徑R和軌道半徑r.

(2)辨別環(huán)繞速度和發(fā)射速度.

(3)辨別自轉加速度和公轉加速度.

(4)辨別自轉周期和公轉周期.

(5)辨別離心運動和近心運動.

4.3 總結歸納，形成二級結論

(1)對于圍繞同一中心天體做勻速圓周運動的天體模型，可以得出“高軌低速大周期”的二級結論，即軌道半徑越大，線速度、角速度和向心加速度越小，而周期越大.