以“神舟六號(hào)”宇宙飛船為背景的物理試題賞析
重慶市黔江中學(xué)校 朱宗華 郵編409000
“神舟”號(hào)系列飛船的發(fā)射與回收成功，使我國(guó)成為世界上第三個(gè)能夠成功發(fā)射與回收載人飛船的國(guó)家之一。表明我國(guó)載人航天工程技術(shù)日臻成熟，為最終實(shí)現(xiàn)載人飛行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，利用飛船開(kāi)展的對(duì)地觀測(cè)、空間材料科學(xué)、生命科學(xué)及空間環(huán)境探測(cè)等一系列空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行多學(xué)科、大規(guī)模和前沿性的空間科學(xué)與應(yīng)用研究，標(biāo)志著我國(guó)空間科學(xué)研究和空間資源的開(kāi)發(fā)進(jìn)入了新的發(fā)展階段。航空航天是一個(gè)涉及物理、化學(xué)、生物、天文、地理、工程、氣象等多學(xué)科的綜合性工程，在目前考試模式下，以“神舟號(hào)”宇宙飛船為背景的物理試題無(wú)疑成為全國(guó)高考考生關(guān)注的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)，筆者通過(guò)查閱有關(guān)資料，收集整理出如下試題奉獻(xiàn)給廣大師生，以期拋磚引玉，僅供參考。
背景資料回放
２００５年金秋十月神州大地一片歡騰，中國(guó)載人航天成就舉世矚目．繼神舟五號(hào)圓滿(mǎn)進(jìn)行首次載人航天飛行后，神舟六號(hào)載人航天飛行又取得了圓滿(mǎn)成功．“神六”載人飛船于2005年10月12日9時(shí)在酒泉載人航天城發(fā)射場(chǎng)由“長(zhǎng)征二號(hào)F”大推力運(yùn)載火箭發(fā)射升空．飛船載著費(fèi)俊龍、聶海勝兩位航天員，按預(yù)定軌道在太空飛行5天約115小時(shí)，環(huán)繞地球76圈后，于2005年10月17日4時(shí)33分，在內(nèi)蒙古中部草原安全著陸．“神六”飛行任務(wù)的順利實(shí)施和圓滿(mǎn)完成，表明中國(guó)完全有能力獨(dú)立自主地攻克尖端技術(shù)，在世界高科技領(lǐng)域占有一席之地，使我國(guó)成為繼前蘇聯(lián)和美國(guó)之后的航天大國(guó)．以“神舟”六號(hào)載人航天飛船為背景題材，圍繞“神舟”飛船的發(fā)射、運(yùn)行、返回等幾個(gè)方面可編制如下的物理學(xué)科內(nèi)綜合能力題，可以幫助同學(xué)們培養(yǎng)航天科學(xué)興趣，強(qiáng)化中學(xué)物理基礎(chǔ)知識(shí)，提高應(yīng)用意識(shí)，培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的綜合能力．已知地球半徑R=6400km，第一宇宙速度為7.9km/s
一、宇航員的選拔
題１ 為了使飛船順利升空，飛船需要一個(gè)加速過(guò)程．人們把飛船加速時(shí)宇航員對(duì)座椅的壓力與其靜止在地球表面時(shí)所受重力的比值，稱(chēng)為耐受力值，用ｋ表示．在選拔宇航員時(shí)，要求他在此狀態(tài)下的耐受力值為4≤ｋ≤12．宇航員費(fèi)俊龍、聶海勝的ｋ值為１０．
(1) 設(shè)宇航員的質(zhì)量為m，加速上升的加速度為α試求ｋ的表達(dá)式及飛船發(fā)射時(shí)的加速度值的變化范圍．
(2)當(dāng)飛船沿豎直方向加速升空時(shí)，宇航員需要承受巨大的壓力．求在他們能夠承受的最大壓力情況下，飛船的加速度最大是多少?
解析：(1)宇航員對(duì)座椅的壓力為
牛頓第三定律可知，座椅對(duì)宇航員的支持力為
根據(jù)牛頓第二定律，得，ａ＝（ｋ－１）ｇ
所以 k=1+α/g ，30m/s2≤α≤ 110m/s2
(2)由題意將ｋ＝１０代入ａ＝（ｋ－１）ｇ中得ａ＝９０ｍ／ｓ
二、飛船的發(fā)射
題２ “神舟”號(hào)系列飛船為何選在夜晚或凌晨發(fā)射?
解析:航天發(fā)射是一項(xiàng)極其復(fù)雜和龐大的系統(tǒng)工程,飛船發(fā)射時(shí)機(jī)的選擇要考慮到各種各樣可能影到發(fā)射的因素,其中,氣象因素往往是最關(guān)鍵最直接的決定因素.在綜合考慮判斷的基礎(chǔ)上,最終確定下來(lái)的一天中的某一個(gè)時(shí)間段會(huì)作為飛船發(fā)射的時(shí)機(jī),這個(gè)時(shí)間段被稱(chēng)為“發(fā)射窗口”。“神舟”號(hào)飛船的發(fā)射窗口之所以選擇在夜晚而不是白天，最重要的原因是便于飛船發(fā)射升空時(shí)，地面的光學(xué)跟蹤測(cè)量設(shè)備易于捕捉到跟蹤目標(biāo)。
題３ 簡(jiǎn)述將“神舟六號(hào)”無(wú)人航天試驗(yàn)飛船送入太空的“長(zhǎng)征二號(hào)F”捆綁式大推力運(yùn)載火箭發(fā)射的物理原理和提高火箭最終速度的因素.
解析：（１）火箭點(diǎn)燃后生成的氣體以很大的速度向后噴出，根據(jù)動(dòng)量守恒，火箭向前做反沖運(yùn)動(dòng)；（２）提高火箭最終速度的因素，一方面是噴氣速度，另一方面是火箭開(kāi)始飛行時(shí)的質(zhì)量與燃料燒盡時(shí)的質(zhì)量之比，噴氣速度越大，質(zhì)量比越大，火箭最終速度越大。
題４ “神舟六號(hào)”飛船發(fā)射升空時(shí)，火箭內(nèi)測(cè)試儀平臺(tái)上放一個(gè)壓力傳感器，傳感器上面壓著一個(gè)質(zhì)量為ｍ的物體，火箭點(diǎn)火后從地面向上加速升空，當(dāng)升到某一高度時(shí)，加速度為，壓力傳感器此時(shí)顯示出物體對(duì)平臺(tái)的壓力為點(diǎn)火前壓力的
，已知地球的半徑為R，
為地面附近的重力加速度，試求此時(shí)火箭離地面的高度．
解析：設(shè)此時(shí)火箭升空高度為ｈ，此處重力加速度為，則有：
再根據(jù)萬(wàn)有引力定律： 得：
而 ， 所以
題５ 載人航天飛船在發(fā)射升空和降落時(shí)，如果宇航員保持直立的姿態(tài)，則他的心血管系統(tǒng)會(huì)受到何種影響？你認(rèn)為宇航員應(yīng)采取什么姿態(tài)？
解析：飛船在發(fā)射升空和降落的一段時(shí)間內(nèi)處于超重狀態(tài)，在超重狀態(tài)下，人直立，頭部血液會(huì)流向下肢，血液淤積在下肢靜脈中，影響血液回流心臟，造成頭部供血不足，引起頭暈，視物模糊，反應(yīng)遲鈍，操縱準(zhǔn)確度下降；重則意志喪失，完全失去控制飛船的能力，因此宇航員在發(fā)射和降落階段應(yīng)采取平臥方式。
?。ǎ玻榱宿D(zhuǎn)播火箭發(fā)射的實(shí)況，在發(fā)射場(chǎng)建立了發(fā)射臺(tái)用于廣播與電視信號(hào)．已知傳輸無(wú)線(xiàn)電廣播所用的電磁波波長(zhǎng)為５５０m，而傳輸無(wú)線(xiàn)電廣播所用的電磁波波長(zhǎng)為０．５６６m，為了不讓山區(qū)擋住信號(hào)的傳播，使城市居民和收看火箭發(fā)射的實(shí)況，必須通過(guò)建在山頂上的轉(zhuǎn)發(fā)站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)____________（選填：無(wú)線(xiàn)電廣播信號(hào)或電視信號(hào)）．這是因?yàn)椋?/span>______________________．
解析 根據(jù)物理知識(shí)很容易得答案分別為：
?。ǎ保常福?/span>m/s；７．２５s
（２）電視信號(hào)的波長(zhǎng)短，沿直線(xiàn)傳播，受山坡阻擋，不易衍射
三、火箭能源
題７ 作為火箭推進(jìn)器，最理想的是利用反物質(zhì)，如正負(fù)電子的湮滅（e+e=2）時(shí)產(chǎn)生巨大的能量，依此類(lèi)推，試問(wèn)１Ｋg粒子和它的反物質(zhì)，湮滅時(shí)能產(chǎn)生多小焦耳的能量？
解析：依題意，粒子和它的反物質(zhì)湮滅時(shí)的質(zhì)量虧損△m=２Ｋg,
由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程，有
Ｅ＝△mc2=２×(3×108)2 =1.8×1017J
四、太空實(shí)驗(yàn)
題８．費(fèi)俊龍和聶海勝兩名航天員乘坐神舟六號(hào)飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心起飛，開(kāi)始環(huán)繞地球的大空之旅，神舟六號(hào)飛據(jù)在距地面343Ｋｍ軌道上運(yùn)動(dòng)．下列說(shuō)法正確的是( )
Ａ．宇航員在飛船內(nèi)無(wú)法使用水銀體溫計(jì)
Ｂ．宇航員在飛船內(nèi)無(wú)法正常行走
Ｃ．宇航員在飛船內(nèi)無(wú)法使用彈簧拉力器
Ｄ．宇航員在飛船內(nèi)無(wú)法使用彈簧秤測(cè)量物體重力
解析 溫度計(jì)原理是“熱脹冷縮”，與失重?zé)o關(guān)，(A)錯(cuò)；由于在宇宙飛船中處于完全失重狀態(tài)，人與地板無(wú)摩擦力，不能正常行走，(B)正確；完全失重時(shí)重物對(duì)彈簧秤無(wú)拉力，(D)正確；在失重的環(huán)境中可以用手拉彈簧拉力器，(C)錯(cuò)．本題答案為Ｂ、Ｄ．
題９．在繞地球圓周運(yùn)動(dòng)的神舟六號(hào)飛船上不能正常使用的儀器有( )
Ａ．液體密度計(jì) ?。拢改厢橂姶牌鳌 。茫螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器 ?。模炱?/span>
解析：宇宙飛船繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受地球的引力完全用來(lái)提供向心力．向心加速度即飛船所在位置的重力加速度，豎直向下指向地心(即軌道的圓心)，所以飛船內(nèi)是完全失重的環(huán)境．由于物體在宇宙飛船中處于完全失重狀態(tài)，液體浮力等于零，故液體密度計(jì)不能使用，不能選(A)項(xiàng)．天平利用的是力矩平衡原理，在失重的環(huán)境下處于隨遇平衡狀態(tài)，不能選(D)項(xiàng)．指南針和電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器靠磁場(chǎng)力作用，不受失重環(huán)境的影響，故本題答案為(B)(C)．
題１０．2005年10月13日航天員在繞地球圓周運(yùn)動(dòng)的神舟六號(hào)上進(jìn)行了預(yù)定的科學(xué)試驗(yàn)．下面是一中學(xué)生設(shè)想的在飛船中進(jìn)行的高中物理部分實(shí)驗(yàn)，可行的是( )
(A)用單擺測(cè)定重力加速度
(B)用彈簧秤驗(yàn)證力的平行四邊形定則
(C)研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)
(D)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律
解析 宇宙飛船繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受地球的引力完全用來(lái)提供向心力．向心加速度即飛船所在位置的重力加速度，豎直向下指向地心(即軌道的圓心)，所以飛船內(nèi)是完全失重的環(huán)境．所以A、C、 D均不可行．本題答案為Ｂ．
題１１．在環(huán)繞軌道飛行的“神舟”六號(hào)飛船軌道艙內(nèi)空間是微重力環(huán)境，正確的理解是（ ）
Ａ．飛船內(nèi)物體所受的重力遠(yuǎn)比在地面時(shí)小，可以忽略.
Ｂ．飛船內(nèi)物體所受的重力與在地面時(shí)比相比不會(huì)是數(shù)量級(jí)上的差別.
Ｃ．飛船內(nèi)物體也在繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力恰好提供了它所需要的向心力.
Ｄ．飛船內(nèi)物體能漂浮在艙內(nèi)，好象重力消失了一樣.
答案:Ｄ
題１２．航天飛船內(nèi)有一個(gè)“晶體”艙，主要用于材料的研究和加工，如制造晶體。制得的晶體純度與大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于地球上所得的晶體，其主要原因可能是：
Ａ、由于有宇宙射線(xiàn)的作用。 ?。?、由于處于失重狀態(tài)，微粒分布特別均勻
Ｃ、微粒間失去相互作用。 ?。?、微粒的大小發(fā)生了根本的變化
答案: Ｂ
題１３． 宇宙飛船可用于探測(cè)和獲取海洋、大氣和陸地有關(guān)的降水、積雪、土壤水分、海面高度、大洋環(huán)流以及海面風(fēng)速、風(fēng)向等信息。這一研究是利用微波的什么性質(zhì)？
解析：地球有60%～70%被云層覆蓋，多模態(tài)微波遙感器利用了微波波長(zhǎng)，易發(fā)生干涉、衍射、反射，因此不論刮風(fēng)下雨和白天黑夜多模態(tài)微波遙感器都能全天工 作，彌補(bǔ)了可見(jiàn)光、紅外線(xiàn)技術(shù)在惡劣天氣下不能工作等缺陷
題１４． 2005年10月14日16點(diǎn)30分，神舟六號(hào)航天員費(fèi)俊在飛船上翻了4個(gè)筋斗大約用了3分鐘，此時(shí)神舟六號(hào)飛船正在距地面343形軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，試計(jì)算他翻一個(gè)筋斗飛船運(yùn)動(dòng)的路程．
（已知地球半徑為6400Ｋｍ，地球表面重力加速度g＝１０ｍ／ｓ）
解析 設(shè)飛船的運(yùn)行速度為，飛船做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬(wàn)有引力提供，即：
又因，所以
翻一個(gè)筋斗飛船運(yùn)行的距離為
五、飛船的運(yùn)行、變軌及對(duì)接
Ａ．飛船由Q向Ｐ行時(shí)速度變小
B．飛船由Ｑ向Ｐ飛行時(shí)速度變大
C．飛船在軌道2上Ｐ時(shí)的加速度比飛船在軌道1上Ｐ時(shí)的加速度大
D．飛船在軌道2上Ｐ時(shí)的速度比飛船在軌道1上Ｐ時(shí)的速度大
Ｅ．在橢圓軌道1上運(yùn)動(dòng)時(shí)不受地球的引力作用
Ｆ．在軌道2上運(yùn)動(dòng)的周期為24h
解析：飛船由Ｑ向Ｐ飛行時(shí)，所受萬(wàn)有引力與速度方向成鈍角，飛船做減速運(yùn)動(dòng)，所以速度變小，選項(xiàng)A正確．飛船在軌道2上Ｐ和飛船在軌道l上Ｐ時(shí)受力情況一樣，只受萬(wàn)有引力作用，所以加速度一樣的，飛船要由軌道1上點(diǎn)Ｐ進(jìn)入到軌道2上，需要做離心運(yùn)動(dòng)，即要向后噴氣以增大速度．飛船在橢圓上運(yùn)動(dòng)仍然受到地球的萬(wàn)有引力，選項(xiàng)Ｅ錯(cuò)；；神舟六號(hào)飛船在軌道2上離地高度為343Ｋｍ不是在同步衛(wèi)星軌道上運(yùn)行，其周期不等于24h．所以，正確答案為A、D
題16．神舟六號(hào)載入飛船在繞地球飛行的第5圈進(jìn)行變軌，由原來(lái)的橢圓軌道變?yōu)榫嗟孛娓撸瑁剑常矗?/span>km的圓形軌道。已知地球半徑R=6.37×103km，地面處的重力加速度g=10m/s2。試導(dǎo)出飛船在上述圓軌道上運(yùn)行的周期T的公式（用h、R、g表示），然后計(jì)算周期T的數(shù)值（保留兩位有效數(shù)字）。
解析：
設(shè)地球質(zhì)量為M，飛船質(zhì)量為m，速度為v，圓軌道的半徑為r，由萬(wàn)有引力和牛頓第二定律，有
地面附近
由已知條件 r＝R＋h
解以上各式得
代入數(shù)值，得 T=5.4×103s
例１７．飛船在近地圓軌道上運(yùn)行時(shí)，由于極稀薄空氣阻力的影響，飛行高度會(huì)發(fā)生變化，需要進(jìn)行軌道維持．軌道維持就是通過(guò)控制飛船上的發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間和推力，使飛船能保持在同一軌道上穩(wěn)定運(yùn)行．2005年10月14日5時(shí)56分“神舟”六號(hào)飛船在運(yùn)行30圈時(shí)進(jìn)行了軌道維持，飛船發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火工作了6．5秒．稍后，航天員報(bào)告和地面監(jiān)測(cè)表明，首次軌道維持獲得圓滿(mǎn)成功．下列說(shuō)法正確的是( )
Ａ．由于極稀薄的空氣的影響，飛船的飛行高度會(huì)緩慢降低
Ｂ．由于極稀薄的空氣的影響，飛船的機(jī)械能逐漸減小
Ｃ．進(jìn)行軌道維持時(shí)應(yīng)該提高飛船的速度
Ｄ．進(jìn)行軌道維持時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該向著飛船前進(jìn)的方向噴氣
解析 空氣阻力不斷對(duì)飛船作負(fù)功，飛船的速度減小，在萬(wàn)有引力的作用下高度會(huì)緩慢降低，(A)正確；在軌道減小的過(guò)程中，空氣阻力做負(fù)功，故飛船的機(jī)械能減小，(B)正確；進(jìn)行軌道維持時(shí)，應(yīng)該提高飛船的速度通過(guò)離心效應(yīng)使飛船回到原來(lái)的高度，(C)正確；進(jìn)行軌道維持時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該向著飛船前進(jìn)的反方向噴氣，反沖力推動(dòng)飛船加速，從而使飛船回到原來(lái)的高度，(D)選項(xiàng)錯(cuò)．本題答案為(A)(B)(C)．
題１８． 宇宙飛船要與軌道空間站對(duì)接,飛船為了追上軌道空間站:
A、只能從較低軌道上加速 B、只能從較高軌道上加速
C、只能從同空間站同一軌道上加速 D、無(wú)論在什么軌道上，只要加速都行。
解析：飛船繞地球作圓周運(yùn)動(dòng)，由G＝m得v＝.一定的軌道與一定的速度相對(duì)應(yīng)。當(dāng)飛船在軌道上加速時(shí)，萬(wàn)有引力小于所需的向心力，故要做離心運(yùn)動(dòng)，從而使半徑增大，所以A答案正確。
六、飛船的回收
題１９．在載人航天飛船返回地球表面的過(guò)程中，有一段時(shí)間航天飛船會(huì)與地面失去無(wú)線(xiàn)電聯(lián)系，即發(fā)生“黑障”現(xiàn)象。這是因?yàn)楹教祜w船：
Ａ．加速度太大，減速太快。 ?。拢砻鏈囟忍摺?span lang="EN-US">
Ｃ．和空氣摩擦產(chǎn)生高溫使易熔金屬和空氣形成等離子體層。
Ｄ．為下落安全關(guān)閉無(wú)線(xiàn)電通訊系統(tǒng)。
解析：飛船返回艙再入地球大氣層時(shí)，與大氣層產(chǎn)生劇烈摩擦，外表變成一團(tuán)火球，溫度達(dá)１０００Ｃ上，周?chē)a(chǎn)生等離子層，形成電磁屏蔽．此時(shí)，返回艙與地面通信中斷．這段不太長(zhǎng)的時(shí)間也是回收能否成功的關(guān)鍵時(shí)段之一．應(yīng)選Ｃ．
題２０．返回艙在將要著陸之前，由于空氣阻力作用有一段勻速下落過(guò)程，若空氣阻力與速度的平方成正比，比例系數(shù)為k，返回艙的質(zhì)量為m，且勻速下降過(guò)程的重力加速度為，則此過(guò)程中返回艙的速度以及勻速下降過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的機(jī)械能為分別為多少？
解析：設(shè)空氣阻力為f，由題設(shè)可知 f=kv2 ，勻速下降時(shí) f=m ，由此可解得勻速下降的速度為 ，單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的機(jī)械能為：
題２１．設(shè)吊在降落傘上的返回艙重8t，距地面約1米時(shí)，下落速度仍為14m/s，這時(shí)點(diǎn)燃反推火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，使飛船以不大于3.5m/s的速度實(shí)現(xiàn)軟著陸，求反推火箭的平均推力約為多少N？（保留一位有效數(shù)字）
解析：把返回艙著陸前下落1米的運(yùn)動(dòng)看著勻減速運(yùn)動(dòng)。則由 v02-v2=2as得
設(shè)火箭的反推力為F，則由牛頓定律有 F－m＝ma 所以 F＝m＋ma
代入數(shù)據(jù)可求得 F8.0N 。
題２２．一個(gè)連同裝備總質(zhì)量為ｍ＝100Ｋｇ的宇航員,在距離飛船S=45m處與飛船處于相對(duì)靜止,宇航員背著裝有質(zhì)量為m0=0.5Kg氧氣以相對(duì)于飛船為v=50m/s的速度噴出的噴嘴,宇航員必須向著返回飛船的相反方向放出氧氣,才能回到飛船,同時(shí)又必須保留一部分氧氣供途中呼吸使用,宇航員的耗氧率為P=2.5×10-4Kg/s,不考慮噴出氧氣對(duì)設(shè)備及宇航員總質(zhì)量的影響,則
（１）若宇航員在離地面為h的圓軌道上繞地球飛行,則飛行速度應(yīng)為多少?地球半徑R,重力加速度為g.
（２）已知超氧化鉀(KO2)的性質(zhì)與Na2O2相似,若該宇航員貯氣筒的氧氣由超氧化鉀提供,試寫(xiě)出化學(xué)方程式,并求出需用多少千克KO2?
（３）瞬時(shí)噴出多少氧氣,宇航員才能安全返回飛船?
（４）為了使總耗氧量最低,應(yīng)一次噴出多少氧氣?返回時(shí)間又是多少?(設(shè)在一段很短的圓弧上,飛船可視作勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng))
解析：（1）宇航員繞地球作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)遵從的基本規(guī)律為 G==m，又物體在地面附近時(shí)有 G=mg，解得v==。
（2）化學(xué)方程式為 4KO2+ 2CO2 = 2K2CO3 + 3O2 由化學(xué)方程式可知：
２８４KgKO2可制得９６KgO2，故制取０．５KgO2需KO2的質(zhì)量為m=×0.5Kg=1.48Kg。
（３）噴氣過(guò)程為反沖運(yùn)動(dòng)，動(dòng)量守恒，設(shè)噴出氣體的質(zhì)量為m，則０＝mV －MV1，又由題給條件知 ×P=m0－m，即×２．５×１０＝０．５－m，解得m=０．０５Kg，或m=０．４５Kg。故噴出的氧氣質(zhì)量滿(mǎn)足０．０５Kg≤m≤０．４５Kg 時(shí)，宇航員才能安全返回飛船．
（４）為了耗氧量最低，設(shè)噴出mKg氧氣，則耗氧△m=Pt＋m，又t=，mV＝MV1，解得△m=＋m=＋m，因＋m=定值，故當(dāng)＋m時(shí)耗氧量最少，于是得m=0.15Kg，返回時(shí)間t==600s。
七、與飛船有關(guān)的創(chuàng)新試題
題２３．2005年10月17日，中國(guó)“神舟六號(hào)”載人航天飛船經(jīng)過(guò)5天的太空之旅順利返回，這標(biāo)志著我國(guó)的航天技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。設(shè)宇航員測(cè)出自己繞地球球心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為Ｔ，離地面的高度為Ｈ、地球半徑為Ｒ。根據(jù)Ｔ、Ｈ、Ｒ和萬(wàn)有引力恒量Ｇ，宇航員能計(jì)算出下面的哪一項(xiàng)（ ）
Ａ．地球的質(zhì)量 Ｂ．地球的平均密度
C．飛船所需的向心力 ?。模w船線(xiàn)速度的大小
解析：因?yàn)橐阎w船的周期及飛船的高度所以根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力，可算出地球的質(zhì)量也可算出地球的平均密度及飛船的飛行速度，由于飛船的質(zhì)量未知，所以無(wú)法算出萬(wàn)有引力。故正確答案為A、B、D．
題２４．如圖所示為一名宇航員“漂浮”在地球外層空間的照片，根據(jù)照片展示的情景提出兩個(gè)與物理知識(shí)有關(guān)的問(wèn)題。（所提的問(wèn)題可以涉及力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、原子物理等各個(gè)部分，只需要提出問(wèn)題，不必作出回答和解釋?zhuān)?span lang="EN-US">
解析：這是２０００年上海高考的一道開(kāi)放性試題，答案開(kāi)放不唯一,只要合理、符合要求即可,在此不作統(tǒng)一規(guī)定。
題２５．在月球上的宇航員，如果他已知月球半徑，且手頭有一質(zhì)量為m的小球，他怎樣才能測(cè)出月球的質(zhì)量？寫(xiě)出月球質(zhì)量的表達(dá)式．實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用哪些實(shí)驗(yàn)器材？
解析：
方案一：
用測(cè)力計(jì)測(cè)出小球重力Ｗ，則月球表面重力加速度為g’．由萬(wàn)有引力定律可得mg’＝Ｇ，得出月球質(zhì)量Ｍ＝＝，在方案中，需要測(cè)力計(jì)．
方案二：
將小球從空中適當(dāng)高處由靜止釋放，測(cè)出其下落高度（h）和下落時(shí)間（t），則有h＝g’t，得g’＝，由萬(wàn)有引力定律得mg’＝Ｇ，月球的質(zhì)量為Ｍ＝，此實(shí)驗(yàn)方案中需要使用的測(cè)量工具有：卷尺、秒表。
題２６ 據(jù)報(bào)道，1992年7月，美國(guó)“阿特蘭蒂斯”號(hào)航天飛機(jī)進(jìn)行了一顆衛(wèi)星懸繩發(fā)電實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)取得了部分成功。航天飛機(jī)在地球赤道上空離地面約3000km處由東向西飛行，相對(duì)地面速度大約6.5× 103m／s，從航天飛機(jī)上向地心方向發(fā)射一顆衛(wèi)星，攜帶一根長(zhǎng)20km，電阻為800Ω的金屬懸繩，使這根懸繩與地磁場(chǎng)垂直，作切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，假定這一范圍內(nèi)的地磁場(chǎng)是均勻的，磁感強(qiáng)度為4×10T，且認(rèn)為懸繩上各點(diǎn)的切割速度和航天飛機(jī)的速度相同，根據(jù)理論設(shè)計(jì)，通過(guò)電離層(由等離子體組成)的作用，懸繩可產(chǎn)生約3A的感應(yīng)電流，試求：
(1)金屬懸繩中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；
(2)懸繩兩端的電壓；
(3)航天飛機(jī)經(jīng)地球運(yùn)行一周懸繩輸出的電能。(已知地球半徑為6400km)
解析：本題情景新穎，猛一看似乎非常陌生，但通過(guò)聯(lián)想，便可轉(zhuǎn)化為學(xué)生所熟知的“發(fā)電機(jī)模型”；解答此題所需的知識(shí)——法拉第電磁感定律、閉合電路歐姆定律、能的轉(zhuǎn)化和守恒定律等，都是學(xué)生已具備的，此題堪稱(chēng)一道典型的“起點(diǎn)高、落點(diǎn)低”的好題。
(1) 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，懸繩產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)：
ε＝Blv＝4×10×20×10×6.5×10＝5200V
(2) 懸繩兩端的電壓即路端電壓：
Ｕ＝ε－Ｉr＝５２００Ｖ－３×８００Ｖ＝２８００Ｖ
（３）根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，懸繩輸出的電能等于外電路的電功，即
Ｗ＝ＵＩt＝ＵＩ． ＝７．６×１０Ｊ
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