Question

2003年10月15日9時，我國“神舟”5號宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，把中國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23分安全降落在內(nèi)蒙古主著陸場．這次成功的發(fā)射實現(xiàn)了中華民族千年的飛天夢想，標(biāo)志著中國成為世界上第三個能夠獨立開展載人航天活動的國家，為進(jìn)一步的空間科學(xué)研究奠定了堅實的基礎(chǔ)．基于此問題情境，請完成下列問題．

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

(2)若將飛船的運(yùn)動理想化成圓周運(yùn)動，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)，下列測量儀器能否使用？請說明理由．

①液體溫度計

②天平

③彈簧測力計

④液體密度計

Answer 1

答案：
解析：

　　(1)飛船在升空過程中不斷加速，產(chǎn)生超重現(xiàn)象以物體為研究對象，物體在隨火箭加速過程中，受到重力G和彈簧測力計對它的拉力F_T兩個力的作用，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)動理想化成圓周運(yùn)動，T＝5498.6 s．設(shè)地球質(zhì)量為M，飛船質(zhì)量為m，則根據(jù)萬有引力定律和圓周運(yùn)動的規(guī)律，萬有引力提供飛船做圓周運(yùn)動的向心力：

　　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：

　�、僖驗橐后w溫度計是根據(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．

　　②天平是根據(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．

　�、蹚椈蓽y力計的工作原理是依據(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)，仍然可以使用它來測力，但是不能用它來測物體重量，正是因為這點，同學(xué)們有一個易犯的錯誤，誤認(rèn)為不能使用．

　�、芤后w密度計是根據(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，故液體密度計不能使用．