太空抛物vs地面抛物

周丹丹　邵明辉

忙完北京冬奥会之后，“顶流”冰墩墩又去中国空间站“加班”了。它在天宫课堂里“友情出演”，演示了天地之间抛物的区别。王亚平手拿冰墩墩抛出，如果是在地面，冰墩墩一定会下坠，但在太空中，正如王亚平所说：“冰墩墩并没有像在地面一样下坠，而是沿着直线近似匀速前进。这和牛顿第一运动定律描述的现象相同。”那么，今天就让我们一起通过实验来探索一下这个定律吧。

实验材料

长至少有2 米的钢卷尺（或软性窗帘导轨）、表面光滑的钢球

操作步骤

1在实验开始前，可两人合作，将钢卷尺按图中所示位置放置好（图中下方绿色横线为钢球释放时的高度）。

2将钢卷尺轨道调整到一定高度，钢球放置在一端，静止释放钢球后，观察钢球沿倾斜轨道到达另一侧的高度。你会发现钢球似乎只差一点点就可以到达它初始被释放时的高度。

3降低轨道倾斜角度，再次从同一高度释放钢球，观察钢球沿倾斜轨道到达另一侧的高度。你可以看到钢球似乎再次只差一点点就可以到达它初始被释放时的高度。

4降低轨道的倾斜程度到近似于水平，继续释放钢球，观察钢球沿倾斜轨道运动。你会发现钢球一直沿着轨道运动，直到运动到很远的距离才慢慢停下来。

5由此进行推测，如果轨道斜面和钢球表面足够光滑，被释放的钢球想要到达初始被释放时的高度，那么它将会永远不停地运动下去，做匀速直线运动。

知其然，知其所以然

马克思曾说过，事物的现象是外在的表现形式，可能是正确的，也可能是歪曲的。要想明白这个实验，我们首先应该学习以下几个概念。

概念一点通

匀速直线运动

匀速直线运动是简单的机械运动，指运动快慢不变（即速度v 不变）、沿着直线的运动。在匀速直线运动中，路程s 与时间t 成正比，我们用公式s=vt 来计算。

牛顿第一运动定律

牛顿第一运动定律可以表述为：一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动状态或静止状态。

轻松答题

王亚平在空间站中将冰墩墩抛出后，冰墩墩仍沿原有方向匀速前进，然后被叶光富接住并抛回。在这个过程中，下列哪些说法是正确的？（ ）

A．被抛出的冰墩墩仍沿原方向前进，是由于它受到惯性的作用。

B．被抛出的冰墩墩相对于空间站遵循牛顿第一运动定律。

C．叶光富用手接住冰墩墩，冰墩墩由运动变为静止，惯性消失。

D．叶光富将冰墩墩抛回时，用力方向要与王亚平的用力方向相反，这是因为力的作用效果与力的方向有关。

原理揭秘

在地球上，人和物体被地心引力吸在地上。如果我们在高山上做平抛实验，即把物体抛出，它将落向地面，如果将物体抛出的速度变大，它将会落向更远的地方；如果抛出的速度足够大，它就有可能不落回地面而成为环绕地球的一颗卫星。这个想法最早由牛顿提出，是一个思想实验，也就是“牛顿的高山大炮实验”。所谓思想实验，又称为理想实验，指的是用一定的逻辑法则在头脑中进行物理问题研究的思维方式和研究方法，简单来说就是运用想象力去进行的实验。牛顿的这个思想实验，是人们发射人造卫星、空间站的重要依据。

为什么要在太空中开展抛物实验呢？因为我们在地面做实验时无法直观地感受牛顿第一运动定律的本质。而在太空完全失重的状况下，平抛运动的物体遵循牛顿第一运动定律这种平常只能通过想象去理解的内容，在看到天宫课堂中冰墩墩的运動后，同学们就能更清楚地理解了。