神舟六号返回舱下落过程中机械能与内能的变化??

【专家解说】：中考试题中的神舟飞船 作者:郑中全 王… 文章来源:《物理教学探讨》2005年第2期 我国自行研制的“神舟”五号载人飞船在酒泉载人航大城发射成功后，2004年中考许多省市就有关于“神五”的不少试题。后知“神舟”六号将于2005年发射，与“神五”相比，“神六”有三变(飞行天数肯定要超过一天，搭载航天员肯定要超过一人，飞行时航大员将进入轨道舱做太空科学实验)，三不变(船型质量不变、设备安排不变、发射地点不变)，而且“神七”飞天也己列入计划。 我们通过有关“神五”的中考试题分析，初步了解神舟飞船的一些知识，以便在今后的考试中对此类问题迎刃而解。 典型示例(一) 1. (2004,哈尔滨市) 2003年10月15日，我国成功发射“神舟”五号载人飞船，飞船随火箭一起离开发射塔飞向太空，下列表述中错误的是 A.飞船受到平衡力的作用。 B.火箭推力对飞船做了功。 C.飞船的动能和势能不断增加。 D.燃料的化学能最终会转化成为火箭的机械能。 2. (2004,黑龙江省)“神舟”五号飞船成功完成了第一次载人航大飞行，实现了中国人民的航天梦想，飞船环绕地球飞行时，如果在舱内进行下列实验，其中不能完成的是 A.用大平测矿石样品的质量。 B.用显微镜观察洋葱表皮。 C.用温度训一测温度。 D.用弹簧测力训一测物体的币力。 3. (2004，江西省)2003年10月16日，“神舟”五号载人飞船成功返航，实现了中国人几千年的“飞天”梦，当飞船减速着陆时，“航天英雄”杨利伟的 A.动能增加，币力势能减少。 B.动能减少，币力势能减少。 C.动能不变，币力势能不变。 D.动能不变，币力势能减少。 1 相关知识 “神舟”五号是由我国的“长征二号F”大椎力运载火箭发射升空的,火箭是人类进行航天活动的基本动力装置,火箭发动机工作时,燃料和氧化剂在燃烧室内燃烧,产生高温燃气,燃气通过喷管向后高速喷出,对火箭产生推力,把火箭发射升空,燃料的化学能转化为内能,内能又转化成火箭的机械能。 飞船在整个航天过程中会受到各种力(如地球引力,燃料燃烧的推力等等) ,火箭升空后所做的运动,就是机械运动。飞船上升阶段,在火箭的推力下做加速运动,这时航天员要承受 4 ~ 5 个g (g = 9. 8N/ kg) 的“超重”, 相当于四、五个与他同样的人压在了他的身上。飞船进入绕地轨道时,只受到地球引力作用,使之绕地球做圆周地运动,又进入失重状态。当同学们坐过山车从最高处往下急冲时的感觉,就近似于失重了。 飞船从发射升空到成功返回,飞船在太空中完成数百个运行动作,是通过喷射燃气来实施变轨调整姿态(即改变飞行高度,运行方向) ,这是应用了物理学中力可以改变物体的运动状态的原理。飞船返回时,需要反向施力(这时启动反推力火箭) 以减小速度,这样飞船就会落回地面。 2 有关数据 “神五”绕地球 14 R ,历时 21h ,航程 60 万km。飞船升空后进入距地球表面近地点高度约200km ,远地点约 350km 的椭圆形轨道 ,实施变轨后进入距地表约 343km的圆形轨道。 3 示例分析 示例 1 中飞船升空受火箭推力作用,做加速度运动不可能受平衡力作用,这时飞船的动能和势能不断增大,所增大的机械能是火箭燃料的化学能转化而来的,故选 D 。示例 2 中,如果在舱内做实验,由于产生失重现象,则不能用天平测质量,同样也不能用测力计测物体的重力 (但用测力计可测量手的拉力大小) ,故答案为 A、D 。示例3 中 ,飞船返回时已启动反推力火箭以减小速度 ,动能减少,重力势能减少,故选 B 。 典型示例(二) 4. (2004 ,大连市课改实验区) 2003 年 10 月 15 日至16 日 ,我国成功地发射并回收了“神舟”五号载人飞船。 (1) 火箭发射时 ,高温的火焰向下喷射 ,大量的“白气”从发射台底部的大水池中涌出, 这些“白气”是怎样产生的 ? (2) 返回舱返回地球时 , 在距地面 1. 2 m 高处,反冲发动机向地面喷火,飞船进一步减速,最后落地,请你写出在这一过程中包含的两条力学知识。 第一条: 第二条: 5. (2004 , 辽宁省) 如图 1 所示 ,2003 年10 月15 日9 时整 ,我国自行研制的“长征”二号 F 型火箭载着“神舟”五号载人飞船成功升入太空,绕地球飞行数圈后又于10月16日 6 时54 分顺利返回地面,实现了我国第一次载人航天飞行,根据你对这一过程的了解,列举出与此事件相关的两个不同的物理知识。 (1) (2) 1 相关知识 火箭发射台底建有一个大水池,火箭发射时水池中的水遇高温火焰汽化变成水蒸气,高温的水蒸气遇冷液化成小水珠形成白气。火箭在大气中飞行的时候,摩擦生热,机械能转化为内能,头部温度可达几千摄氏度,为防止火箭烧坏,火箭头上涂有一层特殊材料,这种材料在高温下熔化并汽化、吸热。 随着飞船脱离运载火箭顺利进入太空,展开后的太阳帆板(即太阳能电池翼) 就像是飞船长出两对硕大的翅膀。太阳帆板有充电和供电两大功能,相当于一个小型发电站,通过将太阳能转化成电能,来为飞船上的电器设备提供能源,飞船上虽备有应急电源,但支持的时间有限,主要还是依靠太阳帆板提供电能。 飞船进入轨道后每绕地球飞行一周,必经过一小时的阳光区和三、四十分钟的阴影区,由此外表面要经历起码 180 ℃的温差考验。当飞船返回舱在返回时,常常可以看到外表面被烧蚀的痕迹,这是飞船以高速进入大气层,和大气摩擦(温度可达两千摄氏度) 被烧蚀而成的。返回舱采用的烧蚀材料在高温时能发生分解、融化、蒸发和升华等物理和化学变化,这样可借材料的质量消耗带走大量的热,以达到阻止热流传入返回舱内 部的目的。常用的烧蚀材料有聚四氟乙烯、石墨、碳以及碳复合材料、石英和玻璃类材料及增强酚醛材料。 “神舟”系列的发射时间是有选择的,一至四号发射时间都是在夜晚,主要是便于飞船发射升空时,地面的光学跟踪测量仪易于捕捉到目标。“神舟”五号飞船首次载人飞行,为了充分保障航天员的安全,发射时间却选在了白天。 2 “长征”二号 F 火箭结构如图 2 所示 3 示例解析 示例 4 中。(1) 火箭发射台底有一个大水池,火箭发射时水池中的水遇高温火焰汽化变成水蒸气, 高温的水蒸气遇冷液化成小水珠形成白气。(2) ①物体间力的作用是相互的; ②力可以改变物体的运动状态。示例 5 中, (1) 火箭燃料燃烧过程中化学能转化为内能; (2) 火箭头部做成尖的是为了减小空气阻力; (3) 火箭上升过程中,内能转化为机械能; (4) 火箭头部的特殊物质在高温下熔化并汽化吸热。保护火箭头部,温度不致太高; (5) 发射架底部产生大量白气,有汽化和液化现象; (6) 加速上升过程中航天员处于超重状态; (7) 入轨后航天员处于失重状态; (8) 在空中太阳能帆板将太阳能转化为电能; (9) 上升、下落、变轨利用了反冲作用原理; (10) 杨利伟若不穿太空服,只带氧气瓶,则不能走出舱外是因为舱外太空没有大气压(或太空温度太低) ; (11) 返回舱下降到80 km时,舱外烧得红红的,是因为船舱与空气摩擦生热,产生很高的温度,而舱内温度没有变化, 是因为舱体材料的隔热性能好;(12)“神五”选在白天发射是为了充分利用太阳能,在飞船进入太空后,使光电池将太阳能转化为电能,以维持飞船的正常工作。 评注:中考中常出现与科技新成果相结合的试题,这类题立意高、落点低、信息新,具有明显的时代气息,旨在引导同学关心科技发展动向,关心社会进步,热爱科学知识。我们在平时的学习中应努力拓展知识面,充分利用所学过的知识去推理变通解决没有接触过的实际问题。