干货 | 《流浪地球2》里比科幻更“硬核”的物理知识！

相关物理学知识

1.万有引力与弹力

什么是弹力？弹力就是两个接触的物体由于形变作用而产生的效果力。日常生活中我们提到的压力、支持力、绳或杆的拉力等等，都属于弹力。根据《流浪地球2》电影的设定，人类在建设领航员空间站时需要有一个重要的运输工具——太空电梯。

和日常我们乘坐的电梯不同，因为需要巨大的向上加速度，航天员要承受9个G的支持力，也就是我们常说的超重现象，而没经过训练的普通人最多能承受6个G。剧情描述，太空电梯高达9万公里，是人类历史上最高的建筑。

那么问题来了，太空电梯的加速度有多大呢？抵达终点大概需要多久呢？

可能有些高一同学会说，求加速度当然要用牛顿第二定律呀！但请大家注意，在如此大的加速度下，10秒左右人就会彻底晕厥。与此同时，随着离地表越来越远，引力越来越小，支持力也会变化。

所以很多问题不是简单套用两三个公式可以解决的哦！

2.比结合能与重核聚变

《流浪地球2》中，人类为了推动地球，人们一共建造了一万两千台行星发动机，其中一万台建在北半球用于推进，两千台建在赤道附近用于转向。这些发动机的高度超过一万米，占地面积约1千平方公里，非常巨大。

这么巨大的推力，要从哪里获得能量呢？《流浪地球》假想了一种技术——重核聚变。什么是核反应？原子核由质子和中子构成，它们统称为核子。核子结合成原子核会释放能量。在核反应过程中，核子的结合方式会发生改变，这种结合方式重组的过程伴随着能量变化。

如果某个核反应吸收能量，那说明初态比末态的能量低，如果核反应释放能量，那说明初态比末态的能量高。

由于核反应中核子数守恒，我们把一个原子核结合时所释放能量除以它的核子数，从而定义出在该核中核子的平均结合能。平均结合能越大，说明核子具有的能量越低，反应活性就越差。而平均结合能越小，核子具有的能量就越高，更容易发生核反应。

下面“硬核”物理知识挑战赛正式开始！希望大家发挥自己的聪明才智与物理学知识，与你的小伙伴共同探究！探究与解答出的答案。

1、下列哪一位物理学家被称为“天空的执法者”()

A、开普勒 B、哥白尼C、布鲁诺D、伽利略

2、古代人们缺乏推算地球年龄的科学方法，地球的年龄对当时的人们始终是一个未解之谜。你知道我们人类住的地球现在大约的年龄是（ ）

A、4600万年B、46000万年C、460000万年D、4600000万年

3、建造一条能通向太空的电梯（如图所示），是人们长期的梦想。材料的力学强度是材料众多性能中被人们极为看重的一种性能，目前已发现的高强度材料碳纳米管的抗拉强度是钢的100倍，密度是其1/6，这使得人们有望在赤道上建造垂直于水平面的“太空电梯”。假设太空电梯向上匀速运动，它从地面上带了重25N的植物种子，当太空电梯上升到某高度时发现种子的重力变成了16N,已知地球半径为R，不考虑地球自转，则此时太空电梯距离地面约为（）

A、R B、R/4 C、R/8 D、R/16

4、当航天器载着航天员围绕地球做匀速圆周运动时，如图,r为航天器中的航天员到地心的距离，R为地球半径，α-r图像中的图线A表示地球引力对航天员产生的加速度大小与r的关系，图线B表示航天员由于地球自转而产生的向心加速度大小与r的关系，关于相对地面静止在不同高度的航天器中的航天员，地面附近重力加速度g取10，地球自转角速度=7.3×10-5，地球半径R=6.4×103km。下面说法正确的有（ ）

A.随着r增大，航天员受到的航天器的支持力减小

B.航天员在r=R处的线速度等于第一宇宙速度

C.图中r0为地球同步卫星的轨道半径

D.航天器距离地面高度为6.6R时，航天器相对于地球静止

5、《流浪地球2》中，人类为了推动地球，人们一共建造了一万两千台行星发动机，其中一万台建在北半球用于推进，两千台建在赤道附近用于转向。这些发动机的高度超过一万米，占地面积约1千平方公里，非常巨大，这么巨大的推力，要从哪里获得能量呢？

《流浪地球2》假想了一种技术——重核聚变，关于核反应（ ）

A. 核子结合成原子核时，要克服核力做功，从外界吸收能量

B. 核子结合成原子核时，核子间的核力做正功，向外界释放能量

C. 原子核分解为核子时，总质量数减少，向外界释放能量

D. 原子核分解为核子时，总质量数增加，从外界吸收能量

6、由于核反应中核子数守恒，我们把一个原子核结合时所释放能量除以它的核子数，从而定义出在该核中核子的平均结合能。平均结合能越大，说明核子具有的能量越低，反应活性就越差。而平均结合能越小，核子具有的能量就越高，更容易发生核反应。利用核能也是当今世界解决能源问题的一个重要方向。原子核的比结合能随质量数变化的曲线如图所示，根据该曲线判断正确的是（）

A. 核比核更稳定

B. 核的结合能约为

C. 两个核结合成核时释放能量约为

D. 核和核的平均核子质量相等

7、《流浪地球2》中，太阳的剧烈活动引起了一系列的灾难。实际上地球常常会受到太阳活动影响，我们能看到地球两级有绚丽的极光就是其中之一。极光是由来自宇宙空间的高能带电粒子流进入地极附近的大气层后,由于地磁场的作用而产生的。如图所示,科学家发现并证实,这些高能带电粒子流向两极做螺旋运动,旋转半径不断减小。此运动形成的原因是( )

A、洛伦兹力对粒子做负功,使其动能减小

B、空气阻力对粒子做负功,使其动能减小

C、与空气分子碰撞过程中粒子的带电量减少

D、越接近两极,地磁场的磁感应强度越小

8、流浪地球计划中，地球为了逃离太阳系，设定了一个飞往木星的冒险轨道，差点毁掉地球。这种冒险的原因是为了利用木星给地球加速。这种加速的方式俗称引力弹弓（gravitational slingshot）或者叫引力助推（gravity assist）。引力弹弓一般发生在一对重量相差悬殊的天体之间.假设在光滑水平面上，一质量为、速度大小为的球与质量为静止的球碰撞后，球的速度方向与碰撞前相反，则碰撞后球的速度大小可能是()

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