物理必修17 用牛顿定律解决问题（二）导学案

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用牛顿定律解决问题(二) 开阔视野失重和宇宙开发    人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机进入轨道后，其中的人和物将处于失重状态。人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器进入轨道后，可以认为是绕地球做圆周运动．做圆周运动的物体，速度的方向是时刻改变的，因而具有加速度，它的大小等于卫星所在高度／处重力加速度的大小。这跟在以重力加速度下降的升降机中发生的情况类似，航天器中的人和物都处于完全失重状态。    你能够想像出完全失重的条件下会发生什么现象吗?你设想地球上一旦重力消失会发生什么现象，在宇宙飞船中就会发生什么现象。物体将飘在空中，液滴绝对呈球形，气泡在液体中将不上浮。宇航员站着睡觉和躺着睡觉一样舒服，走路务必小心，稍有不慎，将会“上不着天，下不着地”。食物要做成块状或牙膏似的糊状，以免食物的碎渣“漂浮”在空中进入宇航员的眼睛、鼻孔……你还可以继续发挥你的想像力，举出更多的现象来。你还可以再想一想，人类能够利用失重的条件做些什么吗？下面举几个事例，将会帮助你思考。这里所举的事例，虽然还没有完全实现，但科学家们正在努力探索，也许不久的将来就会实现。在失重的条件下，熔化了的金属的液滴形状绝对成球形，冷却后可以成为理想的滚珠而在地面上，用现代技术制成的滚珠并不绝对呈球形，这是造成轴承磨损的重要原因之一。玻璃纤维（一种很细的玻璃丝，直径为几十微米）是现代光纤维通信的主要部件。在地面上不可能制造很长的玻璃纤维，因为没等到液态的玻璃丝凝固，由于它受到重力，将被拉成小段。而在太空的轨道上，将可以制造出几百米长的玻璃纤维。在太空的轨道上，可以制成一种新的泡沫材料——泡沫金属。在失重条件下，在液态的金属中通以气体，气泡将不“上浮”，也不“下沉”，均匀地分布在液体金属中，凝固后就成为泡沫金属，这样可以制成轻得像软木塞似的泡沫钢，用它做机翼，又轻又结实。同样的道理，在失重的条件下，混合物可以均匀地混合，由此可以制成地面上不能得到特种合金。电子工业、化学工业、核工业等部门，对高纯度材料的需要不断增加，其纯度要求为“6个9至8个9”即99.9999%—99.9999%。在地面上，冶炼金属需在容器内进行，总会有一些容器的微量元素掺入到被冶炼的金属中。而在太空中的“悬浮冶炼”是在失重条件下进行的，不需要用容器，消除了容器对材料的污染，可获得纯度极高的产品。在电子技术中所用的晶体，在地面上生长时，由于受重力影响，晶体的大小受到限制，而且要受到容器的污染；在失重条件下，晶体的生长是均匀的，生长出来的晶体也要大得多。在不久的将来，如能在太空建立起工厂。生产出砷化镓的纯晶体，它要比现有的硅晶体优越得多，将会引起电子技术的重大突破。在太空失重的条件下，会生产出地面上难以生产的一系列产品。建立空间工厂，已经不再是幻想，科学家们要在太空中做各种实验，青年学生也可以提出自己的太空试验设想，展开你想象的翅膀，为宇宙开发贡献一份力量吧！