2025年高考物理失重與宇宙開發

　　失重與宇宙開發

　　人造地球衛星、宇宙飛船、航天飛機進入軌道后，其中的人和物將處于失重狀態。人造地球衛星、宇宙飛船、航天飛機等航天器進入軌道后，可以認為是繞地球做圓周運動，做圓周運動的物體，速度的方向是時刻改變的，因而具有加速度，它的大小等于衛星所在高度處重力加速度的大小。這跟在以重力加速度下降的升降機中發生的情況類似，航天器中的人和物都處于完全失重狀態。

　　你能夠想象出完全失重的條件下會發生什么現象嗎？你設想地球上一旦重力消失，會發生什么現象，在宇宙飛船中就會發生什么現象。物體將飄在空中，液滴絕對呈球形，氣泡在液體中將不上浮。宇航員站著睡覺和躺著睡覺一樣舒服，走路務必小心，稍有不慎，將會“上不著天，下不著地”(下圖)。食物要做成塊狀或牙膏似的糊狀，以免食物的碎渣“漂浮”在空中進入宇航員的眼睛、鼻孔……。你還可以繼續發揮你的想象力，舉出更多的現象來。

　　你還可以再想一想，人類能夠利用失重的條件做些什么嗎？下面舉幾個事例，將會幫助你思考。這里所舉的事例，雖然還沒有完全實現，但科學家們正在努力探索，也許不久的將來就會實現。

　　在失重條件下，融化了的金屬的液滴，形狀絕對呈球形，冷卻后可以成為理想的滾珠。而在地面上，用現代技術制成的滾珠，并不絕對呈球形，這是造成軸承磨損的重要原因之一。

　　玻璃纖維(一種很細的玻璃絲，直徑為幾十微米)是現代光纖通信的主要部件。在地面上，不可能制造很長的玻璃纖維，因為沒等到液態的玻璃絲凝固，由于它受到重力，將被拉成小段。而在太空的軌道上，將可以制造出幾百米長的玻璃纖維。

　　在太空的軌道上，可以制成一種新的泡沫材料棗泡沫金屬。在失重條件下，在液態的金屬中通以氣體，氣泡將不“上浮”，也不“下沉”，均勻地分布在液態金屬中，凝固后就成為泡沫金屬，這樣可以制成輕得像軟木塞似的泡沫鋼，用它做機翼，又輕又結實。

　　同樣的道理，在失重條件下，混合物可以均勻地混合，由此可以制成地面上不能得到的特種合金。

　　電子工業、化學工業、核工業等部門，對高純度材料的需要不斷增加，其純度要求為“6個9”至“8個9”，即99．9999%～99．999999%。在地面上，冶煉金屬需在容器內進行，總會有一些容器的微量元素摻入到被冶煉的金屬中。而在太空中的“懸浮冶煉”，是在失重條件下進行的，不需要用容器，消除了容器對材料的污染，可獲得純度極高的產品。

　　在電子技術中所用的晶體，在地面上生長時，由于受重力影響，晶體的大小受到限制，而且要受到容器的污染，在失重條件下，晶體的生長是均勻的，生長出來的晶體也要大得多。在不久的將來，如能在太空建立起工廠，生產出砷化鎵的純晶體，它要比現有的硅晶體優越得多，將會引起電子技術的重大突破。

　　在太空失重的條件下，會生產出地面上難以生產的一系列產品。建立空間工廠，已經不再是幻想。科學家們要在太空中做各種實驗，青年學生也可以提出自己的太空試驗設想，展開你想象的翅膀，為宇宙開發貢獻一份力量吧。

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