Question

在地球表面附近，為訓(xùn)練航天員適應(yīng)失重，可以利用飛行器來創(chuàng)造短時(shí)間的完全失重環(huán)境，俄羅斯利用IL-76型飛機(jī)可以創(chuàng)造出長達(dá)數(shù)分鐘的完全失重．這類飛機(jī)通常通過在空中做某種飛行動(dòng)作來創(chuàng)造完全失重環(huán)境，飛機(jī)從速率達(dá)到v₁時(shí)開始進(jìn)人完全失重的實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，從安全考慮，要求當(dāng)速率達(dá)到v₂（v₂＞v₁）時(shí)退出實(shí)驗(yàn)．為了使失重訓(xùn)練的有效時(shí)間最長，飛機(jī)在空中的飛行動(dòng)作應(yīng)是（　�。�

• A、在水平面內(nèi)做變速圓周運(yùn)動(dòng)，速率由v₁增加到v₂時(shí)退出實(shí)驗(yàn)狀態(tài)
• B、在豎直面內(nèi)沿直線俯沖，速率由v₁增加到v₂時(shí)退出實(shí)驗(yàn)狀態(tài)
• C、以初速度v₁做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它豎直下落速率增加到v₂時(shí)退出實(shí)驗(yàn)狀態(tài)
• D、以初速度v₁做平拋運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它的速率增加到v₂時(shí)退出實(shí)驗(yàn)狀態(tài)

Answer 1

分析：當(dāng)飛機(jī)作加速度的大小為重力加速度g，座艙內(nèi)的試驗(yàn)者便處于完全失重狀態(tài)．
當(dāng)進(jìn)入試驗(yàn)的速率和退出試驗(yàn)的速率確定后，飛機(jī)豎直上拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，失重時(shí)間的最長．

解答：解：當(dāng)飛機(jī)作加速度的大小為重力加速度g，加速度的方向豎直向下的運(yùn)動(dòng)時(shí)，座艙內(nèi)的試驗(yàn)者便處于完全失重狀態(tài)．這種運(yùn)動(dòng)可以是飛機(jī)模擬無阻力下的自由落體運(yùn)動(dòng)或豎直上拋運(yùn)動(dòng)，也可以是斜拋運(yùn)動(dòng)．當(dāng)進(jìn)入試驗(yàn)的速率和退出試驗(yàn)的速率確定后，飛機(jī)模擬前兩種運(yùn)動(dòng)時(shí)，失重時(shí)間的長短都是一定的、不可選擇的．
當(dāng)飛機(jī)模擬無阻力作用下的斜拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，失重時(shí)間的長短與拋射角有關(guān)，可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行選擇．
考察飛機(jī)模擬無阻力作用下的斜拋運(yùn)動(dòng)．
設(shè)開始試驗(yàn)時(shí)飛機(jī)的初速度的大小為v₁，方向與水平方向成θ角，起始位置為A點(diǎn)，經(jīng)做拋物線運(yùn)動(dòng)在B點(diǎn)退出試驗(yàn)，
如圖所示．以t表示試驗(yàn)經(jīng)歷的時(shí)間，在退出試驗(yàn)時(shí)的速率為v₂，
則有v_2x=v₁cosθ…（1）
v_2y=v₁sinθ-gt…（2）
而

v

2 2

=

v

2 2x

+

v

2 2y

…（3）
由（1）、（2）、（3）式得：
g²t²-2v₁gtsinθ+

v

2 1

-

v

2 2

=0…（4）
解（4）式得：
t=

v1sinθ+ v 2 1 sinθ2 +v 2 2 -v 2 1

g

…（5）
由（5）式可知，當(dāng)進(jìn)入試驗(yàn)時(shí)飛機(jī)的速度v₁和退出試驗(yàn)時(shí)飛機(jī)的速度v₂確定以后，失重時(shí)間的長短可通過角θ來調(diào)節(jié)．
當(dāng)θ=90°時(shí)失重時(shí)間最長，即以初速度v₁做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它豎直下落速率增加到v₂時(shí)退出實(shí)驗(yàn)狀態(tài)．故ABD錯(cuò)誤，C正確
故選：C．

點(diǎn)評：本題關(guān)鍵是分析清楚飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況，要?jiǎng)?chuàng)造一種失重的環(huán)境就得只受重力，清楚我們學(xué)過的只受重力的幾種運(yùn)動(dòng)，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式分析判斷．