Question

2003年10月15日9時50分，我國成功發射了“神舟”五號載人宇宙飛船，飛船順利升空并繞地球飛行14圈后成功回收．我國已成為世界上第三個實現載人航天的國家，載人航天的成功成為中國人民的特大喜事．試回答以下幾個問題．

(1)已知地球半徑R=6400km，地球表面上的重力加速度g=9.8m/s，若載人飛船在距地面高640km的軌道上繞地球做勻速圓周運動，則飛船在此軌道上運行速度為______．

(2)載人宇宙飛船在加速上升的過程中，宇航員處于___________狀態．若在距地面不太遠的地點，宇宙飛船內的宇航員對座位的壓力是他在靜止時重力的4倍，則此時飛船的上升加速度為___________．

(3)載人宇宙飛船在發射升空時，如果宇航員保持直立姿態，他的心臟和血管會受到怎樣的影響？宇航員應采取怎樣的姿態最好？

(4)宇宙飛船的軌道艙是宇航員在軌道上進行科學實驗的場所，由于空間的限制，攜帶的儀器要經過精選，下列哪些儀器不能選中

[　　]

A．水銀氣壓計

B．天平

C．擺鐘

D．多用電表

E．彈簧秤

F．酒精溫度計

Answer 1

答案：略
解析：

(1)宇宙飛船在圓周軌道上運時，地球的萬有引力提供飛船所需的向心向心力，則 在地面上：　　　　　　① 在軌道上：　　② 由①、②兩式可得 ．即宇宙飛船在距地面高640km處的運行速度為． (2)在加速上升過程中，飛船處于超得狀態；對宇航員根據牛頓第二定律可得N－mg=ma，則． (3)在超重狀態下，人的頭部血液會流向下肢，血液淤積在下肢靜脈之中，抑制了血液向心臟和腦部的回流．心臟輸血量減少，動脈血壓降低，腦部的供血不足，輕則引起頭暈、視物模糊、反應愚鈍，重則喪失意識、失去控制操作儀器的能力．因此，在發射和降落時(超重階段)宇宙員應采取平臥的姿態． (4)宇宙飛船中要選用并攜帶的儀器，必須是在超重和完全失重狀態下仍能正常使用的，即這些儀器的工作原理必須是與重力作用無關的．其中水銀氣壓計是利用了水銀的重力與大氣壓力相平衡而測量大氣壓的；天平是利用了砝碼與待測物體的重力對天平橫桿支點的力矩平衡而測量物體質量的；擺鐘的擺動是由鐘擺的重力沿切線方向上的分力(即回復力)導致的．以上這三種儀器的工作原理均與重力有關，在超重與失重狀態下均不能正確地測量氣壓、質量和時間，因而宇宙飛船中不能攜帶．多用電表是運用電磁作用原理制作的；彈簧秤是依據胡克定律，根據彈簧的伸長量與所受外力成正比的原理測量力的大小；酒精溫度計是利用酒精的熱脹冷縮原理指示環境溫度的，以上三種儀器均與重力作用無關，因此在超重、失重狀態仍能正常使用(彈簧秤在衛星中雖不能測量重力但可測量其他的力)．故這三種儀器可能被選中而出現在宇宙飛船中． 分析衛星及其內載物體的超重、失重和完全失重的問題與分析升降機中物體的超重、失重的原理完全相同，其關鍵是，首先要明確向心力是一種按效果命名的力，其次要清楚是重力或者說是萬有引力完全提供了向心力．圍繞宇宙飛船的發射、運行、回收等方面的問題是一個綜合性的問題，了解和掌握這些知識對物理的學習十分重要．