Question

2003年10月15日9时50分，我国成功发射了“神舟”五号载人宇宙飞船，飞船顺利升空并绕地球飞行14圈后成功回收．我国已成为世界上第三个实现载人航天的国家，载人航天的成功成为中国人民的特大喜事．试回答以下几个问题．

(1)已知地球半径R=6400km，地球表面上的重力加速度g=9.8m/s，若载人飞船在距地面高640km的轨道上绕地球做匀速圆周运动，则飞船在此轨道上运行速度为______．

(2)载人宇宙飞船在加速上升的过程中，宇航员处于___________状态．若在距地面不太远的地点，宇宙飞船内的宇航员对座位的压力是他在静止时重力的4倍，则此时飞船的上升加速度为___________．

(3)载人宇宙飞船在发射升空时，如果宇航员保持直立姿态，他的心脏和血管会受到怎样的影响？宇航员应采取怎样的姿态最好？

(4)宇宙飞船的轨道舱是宇航员在轨道上进行科学实验的场所，由于空间的限制，携带的仪器要经过精选，下列哪些仪器不能选中

[　　]

A．水银气压计

B．天平

C．摆钟

D．多用电表

E．弹簧秤

F．酒精温度计

Answer 1

答案：略
解析：

(1)宇宙飞船在圆周轨道上运时，地球的万有引力提供飞船所需的向心向心力，则 在地面上：　　　　　　① 在轨道上：　　② 由①、②两式可得 ．即宇宙飞船在距地面高640km处的运行速度为． (2)在加速上升过程中，飞船处于超得状态；对宇航员根据牛顿第二定律可得N－mg=ma，则． (3)在超重状态下，人的头部血液会流向下肢，血液淤积在下肢静脉之中，抑制了血液向心脏和脑部的回流．心脏输血量减少，动脉血压降低，脑部的供血不足，轻则引起头晕、视物模糊、反应愚钝，重则丧失意识、失去控制操作仪器的能力．因此，在发射和降落时(超重阶段)宇宙员应采取平卧的姿态． (4)宇宙飞船中要选用并携带的仪器，必须是在超重和完全失重状态下仍能正常使用的，即这些仪器的工作原理必须是与重力作用无关的．其中水银气压计是利用了水银的重力与大气压力相平衡而测量大气压的；天平是利用了砝码与待测物体的重力对天平横杆支点的力矩平衡而测量物体质量的；摆钟的摆动是由钟摆的重力沿切线方向上的分力(即回复力)导致的．以上这三种仪器的工作原理均与重力有关，在超重与失重状态下均不能正确地测量气压、质量和时间，因而宇宙飞船中不能携带．多用电表是运用电磁作用原理制作的；弹簧秤是依据胡克定律，根据弹簧的伸长量与所受外力成正比的原理测量力的大小；酒精温度计是利用酒精的热胀冷缩原理指示环境温度的，以上三种仪器均与重力作用无关，因此在超重、失重状态仍能正常使用(弹簧秤在卫星中虽不能测量重力但可测量其他的力)．故这三种仪器可能被选中而出现在宇宙飞船中． 分析卫星及其内载物体的超重、失重和完全失重的问题与分析升降机中物体的超重、失重的原理完全相同，其关键是，首先要明确向心力是一种按效果命名的力，其次要清楚是重力或者说是万有引力完全提供了向心力．围绕宇宙飞船的发射、运行、回收等方面的问题是一个综合性的问题，了解和掌握这些知识对物理的学习十分重要．