a-level物理難嗎：《流浪地球》中的a-level物理知識點

 

　　

　　a-level物理難嗎？a-level物理需要考paper1，2，3，A2的時候需要考Paper 4，5.Paper 1是選擇題，Paper2，4是大題，Paper 3，5是實驗題。相對來說，paper2比較困難，因為題目的靈活性比較強，而且需要背的定義概念比較多。今天A+國際教育老師說一下最近超火的電影《流浪地球》中的a-level物理知識點。

　　大家如果看過《流浪地球》的話，一定對影片當(dāng)中超級燃的“用空間站引燃氫氣拯救地球”的片段記憶猶新。

　　作者本人也是，在觀看影片時充滿激動，從“停止自轉(zhuǎn)”到“彈弓效應(yīng)”，再到“洛希極限”，整部影片中對于各種細節(jié)的處理令人心動，也極具科幻美感和浪漫情懷。

　　除此之外，網(wǎng)絡(luò)上的討論也是激烈而富有趣味。

介紹

　　今天我們就來了解一下整部影片當(dāng)中運用到的那些淺顯的物理學(xué)知識吧！

　　為什么要逃離太陽系

　　在原著里面，人類為了逃離太陽的氦閃(HeliumFlash)，人類決定“駕駛”地球駛向4.2光年外的比鄰星。那為什么太陽會發(fā)生氦閃呢？

　　大家知道，太陽能提供巨大的光和熱，是太陽內(nèi)部核聚變的結(jié)果(Fusion),而正值壯年的太陽現(xiàn)在內(nèi)部因為是正在進行的其實是氫聚變：

a-level物理知識點

　　而這個反應(yīng)產(chǎn)生能量，小伙伴們試試用愛因斯坦質(zhì)能方程計算一下喲！

　　正是氫聚變產(chǎn)生的巨大的熱能量抵抗著太陽自身的萬有引力，阻止太陽發(fā)生坍塌。但是萬一幾十億年過后，太陽內(nèi)部變成氦核之后呢？

　　流浪地球就正式建立在這個設(shè)想之上。氦聚變產(chǎn)生的能量不能支持太陽現(xiàn)有的大小，導(dǎo)致太陽會迅速的向內(nèi)坍塌。而這個坍塌的速度太快導(dǎo)致產(chǎn)生巨大的能量。這個能量就會使太陽像“爆炸”一樣向外擴張。這個現(xiàn)象就叫做氦閃。

　　在氦閃發(fā)生時，太陽會快速擴張到現(xiàn)在體積的很多倍，包括水星金星，甚至地球都會被太陽包圍。這就是我們“流浪地球”的背景

　　但是在小說里不嚴謹?shù)牡胤绞牵?/p>

　　首先，氦閃被描述為“一道巨大的白光”，但其實氦閃發(fā)生的過程中，人眼是無法看到的。

　　其次，氦閃發(fā)生的時候，地球上的生態(tài)系統(tǒng)是很難幸存下來的。

　　最后，在發(fā)生氦變之前，太陽就已經(jīng)結(jié)束掉了以氫聚變?yōu)橹鞯碾A段。

　　在這個過程中，太陽輻射的強度可能已經(jīng)烤干了地球。當(dāng)然，這些細節(jié)在電影里面已經(jīng)被模糊掉了，包括書中飛船派和地球派的對抗，所引發(fā)的對于政治和哲學(xué)的思考，同學(xué)們可以自己去了解一下。

　　霍曼轉(zhuǎn)移軌道：借助木星的引力把地球拋出去

　　《流浪地球》中，地球要借助木星的引力才能離開太陽系。

　　這是為什么呢？思考一下我們所學(xué)過的能量守恒定理里面關(guān)于重力勢能和動能的相互轉(zhuǎn)換，就可以知道，要離開太陽這顆對地球來說重量巨大的星體，需要很高的動能。而要減少所需動能，是保證地球“流浪”可行性的重中之重。

　　其實我們的科學(xué)家早就想到了如何減少探索太空所需的能耗，來自德國的物理學(xué)家WalterHohmann提出了天體從小圓周運動到大圓周的最節(jié)省能源的方案(Hohmanntransferorbit)。

　　再如下圖的運動中，飛行器只需要兩次加速。第一次是綠色軌道轉(zhuǎn)變到黃色軌道，第二次是黃色軌道轉(zhuǎn)變到紅色軌道。

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　　但在電影中，我們也看到，地球還不能直接從綠色的圓周（地球公轉(zhuǎn)軌道）直接過渡到紅色軌道。而是要通過公轉(zhuǎn)過程中一次次的壓扁自己的公轉(zhuǎn)軌道，最終在遠日點接近木星。

　　而質(zhì)量是地球300多倍的木星就會幫助地球獲得離開太陽系的逃逸速度。

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　　流浪時代：加速地球的可能性

　　小說里面對流浪時代的描述“火力全開，加速到光速的千分之五”大氣而恢弘。相信無數(shù)小伙伴和小編一樣，被這個描述占領(lǐng)了無數(shù)個初中失眠夜晚的想象。

　　但是一萬個150億噸的行星發(fā)動機真的可以在2500年內(nèi)帶領(lǐng)我們的地球去往新家園嗎？

　　根據(jù)牛頓第二定律F=ma,那小伙伴們趕快計算一下我們要加速到光速的千分之五要多少年吧！

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