为训练宇航员习惯失重,需要创造失重环境.在地球表面附近,可以在飞行器的座舱内短时间地完成失重.设某一飞机可作多种模拟飞行,令飞机于速率500m/s时进入试验状态,而速率为1000m/s时

问题描述:

为训练宇航员习惯失重,需要创造失重环境.在地球表面附近,可以在飞行器的座舱内短时间地完成失重.设某一飞机可作多种模拟飞行,令飞机于速率500m/s时进入试验状态,而速率为1000m/s时退出试验,则可以实现试验目的且有效训练时间最长的飞行是(  )
A. 飞机在水平面内做变速圆周运动,速度由500m/s增加到1000m/s
B. 飞机在坚直面内沿圆孤俯冲,速度由500m/s增加到1000m/s( 在最低点)
C. 飞机以500m/s作竖直上抛运动(关闭发动机),当它竖直下落速度增加到1000m/s时,开动发动机退出实验状态
D. 飞机以500m/s沿某一方向作斜抛或平抛运动(关闭发动机),当速度达到1000m/s时开动发动机退出实验状态

A、飞机在水平面内做变速圆周运动,试验者不是处于失重状态.故A错误.
B、设开始试验时飞机的初速度的大小为v1,方向与水平方向成θ角,起始位置为A点,经做抛物线运动在B点退出试验,
如图所示.以t表示试验经历的时间,在退出试验时的速率为v2
则有v2x=v1cosθ…(1)
v2y=v1sinθ-gt…(2)
v22=v2x2+v2y2
由(1)、(2)、(3)式得:
g2t2-2v1gtsinθ+v12-v22=0…(4)
解(4)式得:
t=

v1sinθ+
v12sin2θ+v22-v12
g
…(5)
由(5)式可知,当进入试验时飞机的速度v1和退出试验时飞机的速度v2确定以后,失重时间的长短可通过角θ来调节.
当θ=90°时失重时间最长,即以初速度v1做竖直上抛运动,当它竖直下落速率增加到v2时退出实验状态.故C正确,B、D错误.
故选:C.