Question

三十多年來，我國成功地用火箭發射了各種用途的航天器進入太空，特別是“神舟”五號載人飛船的成功發射，標志著我國的航天事業已躋身于世界先進行列．
（1）如圖是我國“長征三號”運載火箭的示意圖．它的工作原理是什么？
在第三級里裝的是燃料液體態氫和助燃劑液態氧，為什么燃料不選汽油或柴油而選液態氫？
（2）我國某一火箭發射時，起飛質量是4.6×10⁵ kg，豎直向上的推力為5.88×10⁶ N．當火箭上升1000m時，火箭克服重力做功是多少焦？推力做的功是多少焦？如不計摩擦阻力，火箭獲得的動能是多少焦？（不考慮火箭質量的減小）
（3）用火箭發射的某航天器，它的某些儀器工作時動力能源主要靠太陽能電池提供．現有太陽能電池板面積為8m²，正對太陽能產生120V的電壓，為工作儀器提供10A的電流．若太陽光照射處每平方米面積上獲得的太陽輻射功率是1.0×10³ W，試計算該太陽能電池的光電轉換效率．
（4）當“神舟”五號的載人艙進入大氣層時，為了減速而打開了降落傘，當載人艙勻速下落時，它的動能、勢能和機械能如何變化？

Answer 1

分析：（1）火箭是利用燃料燃燒獲得內能，然后利用內能對外做功；從液態氫的性質來分析；
（2）先根據W=Gh求出克服重力做的功，然后利用W=FS求出推力做的功，根據能量守恒可知，火箭得到的動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能是總功，為工作艙提供的電能是有用功．根據機械效率的公式進行計算；
（4）勻速下落時，速度不變，質量也不變，動能就不變，高度減小，重力勢能就減小，機械能是動能和重力勢能之和．

解答：解：（1）利用燃料燃燒獲得的內能對外做功．
因為液態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=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=

P電

P總

×100%=

1200W

8000W

×100%=15%．
（4）當載人艙勻速下落時，質量、速度都不變，高度減小，故動能不變，重力勢能減少，機械能減少．
答：（1）利用燃料燃燒獲得的內能對外做功．
因為液態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；如不計摩擦阻力，火箭獲得的動能是1.28×10⁹J；
（3）太陽能電池的光電轉換效率為15%；
（4）動能不變，重力勢能減少，機械能減少．

點評：考查了機械效率計算公式、對題目條件分析能力、動能和重力勢能相互轉化和做功可以改變物體內能的知識點，試題有一定難度．