Question

2003年10月15日9時(shí)，我國(guó)“神舟”5號(hào)宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，把中國(guó)第一位航天員楊利偉送入太空．飛船繞地球14圈后，于10月16日6時(shí)23分安全降落在內(nèi)蒙古主著陸場(chǎng)．這次成功的發(fā)射實(shí)現(xiàn)了中華民族千年的飛天夢(mèng)想，標(biāo)志著中國(guó)成為世界上第三個(gè)能夠獨(dú)立開展載人航天活動(dòng)的國(guó)家，為進(jìn)一步的空間科學(xué)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)．基于此問題情境，請(qǐng)完成下列問題．

(1)飛船在升空過(guò)程中，要靠多級(jí)火箭加速推進(jìn)．若飛船內(nèi)懸掛一彈簧測(cè)力計(jì)，彈簧測(cè)力計(jì)下懸掛一個(gè)質(zhì)量為0.5 kg的物體，在火箭上升到某一高度時(shí)發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為9 N，則此時(shí)火箭的加速度是多大？(g取10 m/s²)

(2)若將飛船的運(yùn)動(dòng)理想化成圓周運(yùn)動(dòng)，則飛船離地面的高度大約是多少？(已知地球的質(zhì)量為M＝6.0×10²⁴ kg，地球的半徑R＝6.4×10³ km)

(3)遨游太空的楊利偉在航天飛船里可以見到多少次日落日出？

(4)在太空微重力狀態(tài)下的太空艙內(nèi)，下列測(cè)量?jī)x器能否使用？請(qǐng)說(shuō)明理由．

①液體溫度計(jì)

②天平

③彈簧測(cè)力計(jì)

④液體密度計(jì)

Answer 1

答案：
解析：

　　(1)飛船在升空過(guò)程中不斷加速，產(chǎn)生超重現(xiàn)象以物體為研究對(duì)象，物體在隨火箭加速過(guò)程中，受到重力G和彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)它的拉力F_T兩個(gè)力的作用，根據(jù)牛頓第二定律：F＝ma，有F_T－G＝ma，得到：a＝(F_T－G)/m＝8 m/s²．

　　(2)若將飛船的運(yùn)動(dòng)理想化成圓周運(yùn)動(dòng)，T＝5498.6 s．設(shè)地球質(zhì)量為M，飛船質(zhì)量為m，則根據(jù)萬(wàn)有引力定律和圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，萬(wàn)有引力提供飛船做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力：

　　GMm/r²＝mω²r＝m(2π/T)²r，有：r＝＝6.797×10⁶ m．

　　所以飛船離地面的高度h＝r－R＝3.97×10⁵ m．

　　(3)遨游太空的楊利偉隨飛船繞地球運(yùn)行14圈，所以他在航天飛船里可以見到14次日落日出．

　　(4)在太空微重力狀態(tài)下的太空艙內(nèi)，儀器能否使用，要看儀器的工作原理：

　�、僖�?yàn)橐后w溫度計(jì)是根據(jù)液體的熱脹冷縮的性質(zhì)制成的，在太空艙內(nèi)可以使用．

　�、谔炱绞歉鶕�(jù)杠桿原理制成的，在太空艙內(nèi)，物體幾乎處于完全失重狀態(tài)，即微重力狀態(tài)，所以杠桿在太空艙內(nèi)不能工作，因此天平不能使用．

　　③彈簧測(cè)力計(jì)的工作原理是依據(jù)在彈簧的彈性限度內(nèi)，彈力與彈簧長(zhǎng)度的改變量成正比的規(guī)律制成的，在太空艙內(nèi)，仍然可以使用它來(lái)測(cè)力，但是不能用它來(lái)測(cè)物體重量，正是因?yàn)檫@點(diǎn)，同學(xué)們有一個(gè)易犯的錯(cuò)誤，誤認(rèn)為不能使用．

　�、芤后w密度計(jì)是根據(jù)物體在液體中的浮力等于物體本身的重力的原理制成的，同②的原因，故液體密度計(jì)不能使用．