Question

三十多年來(lái)，我國(guó)成功地用火箭發(fā)射了各種用途的航天器進(jìn)入太空，特別是“神舟”五號(hào)載人飛船的成功發(fā)射，標(biāo)志著我國(guó)的航天事業(yè)已躋身于世界先進(jìn)行列．
（1）如圖是我國(guó)“長(zhǎng)征三號(hào)”運(yùn)載火箭的示意圖．它的工作原理是什么？
在第三級(jí)里裝的是燃料液體態(tài)氫和助燃劑液態(tài)氧，為什么燃料不選汽油或柴油而選液態(tài)氫？
（2）我國(guó)某一火箭發(fā)射時(shí)，起飛質(zhì)量是4.6×10⁵ kg，豎直向上的推力為5.88×10⁶ N．當(dāng)火箭上升1000m時(shí)，火箭克服重力做功是多少焦？推力做的功是多少焦？如不計(jì)摩擦阻力，火箭獲得的動(dòng)能是多少焦？（不考慮火箭質(zhì)量的減�。�
（3）用火箭發(fā)射的某航天器，它的某些儀器工作時(shí)動(dòng)力能源主要靠太陽(yáng)能電池提供．現(xiàn)有太陽(yáng)能電池板面積為8m²，正對(duì)太陽(yáng)能產(chǎn)生120V的電壓，為工作儀器提供10A的電流．若太陽(yáng)光照射處每平方米面積上獲得的太陽(yáng)輻射功率是1.0×10³ W，試計(jì)算該太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率．
（4）當(dāng)“神舟”五號(hào)的載人艙進(jìn)入大氣層時(shí)，為了減速而打開(kāi)了降落傘，當(dāng)載人艙勻速下落時(shí)，它的動(dòng)能、勢(shì)能和機(jī)械能如何變化？

Answer 1

【答案】分析：（1）火箭是利用燃料燃燒獲得內(nèi)能，然后利用內(nèi)能對(duì)外做功；從液態(tài)氫的性質(zhì)來(lái)分析；
（2）先根據(jù)W=Gh求出克服重力做的功，然后利用W=FS求出推力做的功，根據(jù)能量守恒可知，火箭得到的動(dòng)能等于推力做的功和克服重力所做功之差；
（3）光電池板獲取的太陽(yáng)能是總功，為工作艙提供的電能是有用功．根據(jù)機(jī)械效率的公式進(jìn)行計(jì)算；
（4）勻速下落時(shí)，速度不變，質(zhì)量也不變，動(dòng)能就不變，高度減小，重力勢(shì)能就減小，機(jī)械能是動(dòng)能和重力勢(shì)能之和．
解答：解：（1）利用燃料燃燒獲得的內(nèi)能對(duì)外做功．
因?yàn)橐簯B(tài)氫的熱值比汽油或柴油的熱值大．
（2）W_重=Gh=4.6×10⁵ kg×10N/kg×1000m=4.6×10⁹J，
W_推=Fh=5.88×10⁶N×1000m=5.88×10⁹J，
E_動(dòng)=W_推-W_重=5.88×10⁹J-4.6×10⁹J=1.28×10⁹J．
（3）P_總=PS=1000W×8=8000W
P_電=UI=120V×10A=1200W，
η=×100%=×100%=15%．
（4）當(dāng)載人艙勻速下落時(shí)，質(zhì)量、速度都不變，高度減小，故動(dòng)能不變，重力勢(shì)能減少，機(jī)械能減少．
答：（1）利用燃料燃燒獲得的內(nèi)能對(duì)外做功．
因?yàn)橐簯B(tài)氫的熱值比汽油或柴油的熱值大．
（2）火箭克服重力做功是4.6×10⁹J；推力做的功是5.88×10⁹J；如不計(jì)摩擦阻力，火箭獲得的動(dòng)能是1.28×10⁹J；
（3）太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%；
（4）動(dòng)能不變，重力勢(shì)能減少，機(jī)械能減少．
點(diǎn)評(píng)：考查了機(jī)械效率計(jì)算公式、對(duì)題目條件分析能力、動(dòng)能和重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化和做功可以改變物體內(nèi)能的知識(shí)點(diǎn)，試題有一定難度．