在地球表面附近，为训练航天员适应失重，可以利用飞行器来创造短时间的完全失重环境，俄罗斯利用IL-76型飞机可以创造出长达数分钟的完全失重．这类飞机通常通过在空中做某种飞行动

Question

在地球表面附近，为训练航天员适应失重，可以利用飞行器来创造短时间的完全失重环境，俄罗斯利用IL-76型飞机可以创造出长达数分钟的完全失重．这类飞机通常通过在空中做某种飞行动作来创造完全失重环境，飞机从速率达到v₁时开始进人完全失重的实验状态，从安全考虑，要求当速率达到v₂（v₂＞v₁）时退出实验．为了使失重训练的有效时间最长，飞机在空中的飞行动作应是（　　）

A．在水平面内做变速圆周运动，速率由v₁增加到v₂时退出实验状态
B．在竖直面内沿直线俯冲，速率由v₁增加到v₂时退出实验状态
C．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
D．以初速度v₁做平抛运动，当它的速率增加到v₂时退出实验状态

Answer 1

当飞机作加速度的大小为重力加速度g，加速度的方向竖直向下的运动时，座舱内的试验者便处于完全失重状态．这种运动可以是飞机模拟无阻力下的自由落体运动或竖直上抛运动，也可以是斜抛运动．当进入试验的速率和退出试验的速率确定后，飞机模拟前两种运动时，失重时间的长短都是一定的、不可选择的．
当飞机模拟无阻力作用下的斜抛运动时，失重时间的长短与抛射角有关，可在一定范围内进行选择．
考察飞机模拟无阻力作用下的斜抛运动．
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v_2x=v₁cosθ…（1）
v_2y=v₁sinθ-gt…（2）
而

v

2 2

=

v

2 2x

+

v

2 2y

…（3）
由（1）、（2）、（3）式得：
g²t²-2v₁gtsinθ+

v

2 1

-

v

2 2

=0…（4）
解（4）式得：
t=(v1sinθ+√(v21sinθ2+v22−v21))/(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ABD错误，C正确
故选：C．