為減少太空污染,一般航天器在完成預(yù)定任務(wù)后,應(yīng)使它墜落消毀.墜落過程可簡化為從一個圓軌道開始,經(jīng)過與大氣摩擦,航天器的絕大部分經(jīng)過升溫、熔化、最后汽化而消毀,剩下的殘片墜入大海.航天器原來的機械能中,除一部分用于消毀和一部分被殘片帶走外,還有一部分能量E'通過其它方式散失(不考慮墜落過程中化學(xué)反應(yīng)的能量).已知:
從圓軌道墜落開始時航天器的機械能E=4.0×1012J、質(zhì)量M=1.17×105Kg;
入海時殘片的質(zhì)量m=1.2×104Kg、溫度升高△t=3.0×103℃、動能EK=0.7×109J;
航天器材料每1Kg升溫1℃平均所需能量c=1.0×103J;
航天器材料每消毀1Kg平均所需能量μ=1.0×107J;
試導(dǎo)出用以上所列物理量的符號表示E'的表達式并估算出E'的數(shù)值.
解:入海時殘片消耗的能量Q1=C1m1△t=1.0×103J×1.2×104kg×3.0×103℃=3.6×1010J
航天器材料消毀消耗的能量Q2=(M-m)μ=(1.17×105kg-1.2×104kg)×1.0×107J/kg=1.05×1012J
E,=E-Q1-Q2-EK=4.0×1012J-3.6×1010J-1.05×1012J-0.7×109J≈2.9×1012J
答:E'的表達式為E,=E-Q1-Q2-EK,E'的數(shù)值為2.9×1012J.
分析:根據(jù)Q=Cm△t可計算入海時殘片消耗的能量,根據(jù)Q=mq可計算航天器材料消毀消耗的能量,一部分能量E'等于機械能減去入海時殘片消耗的能量,航天器材料消毀消耗的能量和動能.
點評:本題考查學(xué)生對熱量公式Q=Cm△t和Q=mq的理解和運用.