火箭中的物理知识

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火箭中的物理知识 思友



(2012-05-30 17:30:22) 转载

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标签： 分类： 随堂笔记 杂谈

1. 2005年１０月１２日９时零分零秒，

发射神六飞船的长征二号F型运载火箭点火。火箭在点火４秒钟后升空，轰鸣声回荡在戈壁滩上空。这是长征火箭第８８次发射。

飞船在脱离火箭之前，相对于_________是静止的。飞船返回舱在返回过程中，与大气层剧烈摩擦，机械能转变为_________,使船体外表变成一团火球。

2 神舟六号飞船在太空完成数百个运行动作，是通过喷射燃气来实现变轨（改变运行高度.运行方向）.这是运用了物理学中__________________________的原理。而太阳能帆板展开是为了____________________________________________.

3 神舟六号飞船遨游太空搭载的8类64种物品中除了有中国载人航天办公室及有关系统的载人航天工程纪念品外，还有极地考察国旗、国际奥委会会旗、上海世界博览会会旗和“国防教育”、“见证中华腾飞”等旗帜，有《共和国元帅》特种邮票、《神舟六号》个性化邮票等邮品，有《跃马图》、《神州颂》、《和平颂》、《长征万里图》等书画名家的作品。在这些搭载物品中，生物菌


种、植物组培苗和作物、植物、花卉种子等将用于太空育实试验。处于失重状态的种子，其质量和惯性如何变化。

4 神舟六号飞船返回舱减速降落的过程中，重力势能_________, 机械能_________.

5 发射神舟六号飞船的燃料主要是液态氢，是因为它的___________，返回舱在返回时，虽然表面与大气层剧烈摩擦，就象一个闪光的火球，但由于表面有一层叫“烧蚀层”的特殊物质在汽化时，能______________从而起到保护作用。

6 神舟六号飞船在轨道上正常飞行时处于“失重”状态，在这种环境下，以下哪个实验不能像在地面上一样正常进行_______ A 用刻度尺测长度 B 用放大镜看物体 C 用平面镜改变光路 D 用测力计测物种

7神舟系列飞船的成功发射和顺利回收标志着我国载人航天技术的研究已经进入世界领先行列，我国飞行员登上月球即将成为现实。月球表面没有空气，它对物体的引力仅为地球的六分之一，月球表面没有磁场。根据这些特征，在月球上下列四种情况能做到的是_________

A 用指南针定向 B 用电风扇吹风 C 举行露天演唱会 D 用天平称质量

8从神舟五号到神舟六号，中国载人航天工程的每一次壮丽腾飞，有这样一种精神不断地震撼着人们的心灵──艰苦奋斗、勇于奉


献。正是这种强大的精神力量，托举起了一个民族千年的飞天梦想。作为中华民族飞天梦想的实践者，费俊龙、聂海胜在太空中的一举一动，都吸引了亿万人的关注。神舟六号的成功发射和平安着陆，是中华民族在攀登世界科技高峰征程上完成的又一伟大壮举，标志着中华民族为人类探索太空的伟大事业做出了新的重大贡献。

（1）两位航天员在太空中要穿特制的宇航服，宇航服的作用很多，你能说出几点吗？

（2）请你说出火箭升空过程中的能量转化。 （3）分析发射台底受保护的原理。

（4）飞船在太空遨游，它是否受力的作用，为什么？

（5）生物对外界的刺激能产生相应的反应，这在生物上叫应激性.比如地面生长的植物，根向地生长，茎背地生长，这是对重力的适应.若在飞船上也有一棵树，将怎样生长，说说理由. （6）在飞船的实验室里，仍然能够使用的仪器是（ ） A 密度计 B 酒精温度计 C 天平 D 水银气压计

（7）如果在宇宙飞船上划燃火柴，火焰会立即熄灭，是因为（ ） A 氧气不够 B 在失重状态下，空气不对流 C 达不到着火点 D宇宙飞船上的温度低

神舟六号”成功发射和回收，使得航天物理知识在中考命题中出现升温的趋势，了解飞船运动的有关情况，将有利于同学们求解


有关航天知识的信息题，理论联系实际的应用题．现就有关宇宙飞船及卫星在空间运动的相关信息分类探讨如下： 一、卫星的发射过程中涉及的问题

人造地球卫星的发射速度不得低于7．9 km/s．（此速度是卫星的最小发射速度或卫星绕地球飞行的最大速度，高中物理将系统解决．）

轨道倾角：航天器绕地球运行的轨道平面与地球赤道平面之间的夹角．按轨道倾角可将卫星运行轨道分为四类：

①顺行轨道：特征是轨道倾角小于90°，在这种轨道上的卫星，绝大多数离地面较近，高度仅为数百公里，故又称为近地轨道．我国地处北半球，要把卫星送入这种轨道，运载火箭要朝东南方向发射，这样能充分利用地球自西向东旋转的部分速度，从而可以节约发射能量，我国的"神舟"号试验飞船都是采用这种轨道发射的；

②逆行轨道：特征是轨道倾角大于90°，欲将卫星送入这种轨道运行，运载火箭需要朝西南方向发射．不仅无法利用地球自转的部分速度，而且还要付出额外能量克服地球自转部分的速度．即逆着地球的旋转方向发射耗能较多，因此除了太阳同步轨道外，一般不采用这种轨道发射；

③赤道轨道：特征是轨道倾角为0°，卫星在赤道上空运行．这种轨道有无数条，但其中有一条相对地球静止的轨道，即地球同步卫星轨道.计算可知当卫星在赤道上空35 786公里（即约为


3.6×104公里）高处自西向东运行一周为23小时56分4秒（约为24小时），即卫星相对地表静止．从地球上看，卫星犹如固定在赤道上空某一点随地球一起转动．在同步卫星轨道上均匀分布3颗通信卫星即可以进行全球通信（为何？请同学们思考后做出解释）的科学设想早已实现．世界上主要的通信卫星都分布在这条轨道上；

④极地轨道：特点是轨道倾角恰好等于90°，它因卫星过南北两极而得名，在这种轨道上运行的卫星可以飞经地球上任何地区的上空（为何？请同学们思考后做出解释）． 卫星的发射方式：

①直线发射就是一次送达，由于整个过程均要克服地球引力做功，且卫星处于动力飞行状态，需要消耗大量的燃料； ②变轨发射是先把卫星送到地球的大椭圆同步转移轨道，当卫星到达远地点（航天器绕地球运行的椭圆轨道上距地心最近的一点叫近地点，距地心最远的一点叫远地点）时，发动机点火对卫星加速，当速度达到沿大圆做圆周运动所需的速度时，飞船就不再沿椭圆轨道运行，而是沿圆周运动，这样飞船就实现了变轨，从而将卫星送入预定轨道．同步卫星一般都采用变轨发射． 知识挖掘训练

1．神舟六号飞船于2005年10月12日9点正点火升空，关于在此过程的下列说法，不正确的是（ ）

A. 在发射过程中，神六推进器燃料的化学能转变为内能，内


能又逐渐转变为机械能

B. 神六采用顺行轨道发射，这样可利用地球自西向东旋转的部分速度，从而可以节约发射的能量

C. 发射神六的火箭采用的主要燃料是液态氢，因为它的热值大，且属于清洁燃料

D. 神六是采用直线发射一次性送达目的地

2. 自1986年2月1日在西昌卫星发射基地成功发射我国第一颗地球同步卫星以来，我国累计已发射了30多颗地球同步卫星，下列关于地球同步卫星的说法不正确的是（ ） A. 地球同步卫星轨道只能是在赤道的正上方

B. 地球同步卫星轨道距地面的高度是不确定的，是可以变化的

C. 地球同步卫星，故名思意即卫星相对地表静止．则地球同步卫星绕赤道转动一周所需时间应约为24小时

D. 因地球同步卫星轨道只有一条，故同步卫星的容量是有限的，所以我国应多发射，早发射同步卫星

3．神舟六号飞船于2005年10月12日成功发射，它标志着我国航天事业又向前迈出了重要一步．当运载火箭点火后离开发射台升空的瞬间，火箭底部会涌出庞大的白色气团．我们知道火箭刚点火发射时，高温火焰向下喷射到发射台地面，一般物质遇到如此高温就会熔化．为了保护火箭发射台，必须在发射台底建造一个大水池，从而巧妙地解决了这项技术难题．


1）请你说出火箭升空过程中能理的转化；

2）火箭升空瞬间的庞大白色气团是什么？它是怎样形成的？ 3）分析发射台受到保护的道理． 二、卫星寿命涉及的问题

卫星在轨道上存留的时间，是从卫星进入预定的目标轨道到陨落为止的时间间隔． 近地轨道卫星的轨道寿命主要取决于大气阻力．在大气阻力作用下，卫星的实际轨道是不断下降的螺旋线（不考虑卫星在轨运行时采取轨道保持措施）．当卫星下降到110～120公里的近圆形轨道时，大气阻力将使卫星迅速进入稠密大气层而烧毁．一般说来卫星轨道高度越高，大气阻力越小，寿命也就越长．超过1 000公里高度的卫星，轨道寿命可能达千年以上；高度在160公里左右的卫星，轨道寿命只有几天甚至几圈．

知识挖掘训练

4．神舟六号飞船在绕地球飞行约77圈即115个小时后返回主着陆场．试计算神六飞行的总路程和平均速度．（R地=6.4×106米，神六距地面高度h=0.343×106米) 三、卫星回收过程中涉及的问题

回收是发射的逆过程，返回阶段对航天员和飞船的考验最大. 在飞船距地表约100 km时，返回舱开始进入大气层．由于返回舱对大气的高速摩擦和对周围空气的压缩，返回舱的速度急剧降低，这样它的大部分动能与势能变成了热能．虽有大部分热能


以辐射和对流的方式散失掉，但仍能达到上千摄氏度的高温．为了防止有效载荷舱或乘员座舱烧毁，再入航天器备有再入防热系统．由于防热系统的重量会影响再入航天器的性能，因此可将不需要返回地面的仪器就留在轨道上继续工作或遗弃（太空垃圾是怎样产生的？），从而大大减轻航天器重量而降低技术难度． 待要进入大气层时要适时启动航天器反推力火箭使其减速，并选择适当的角度进入大气层，快要接近地面时才张开降落伞使其垂直着陆或溅落安全着陆．

进入大气层后在飞船离地80 km到40 km范围内，由于飞船摩擦生热，会在飞船表面和周围气体中产生一个温度高达上千摄氏度的高温区．高温区内的气体和飞船表面材料的分子被分解和电离，形成一个等离子区，像一个套鞘似的包裹着飞船，从而使飞船与外界的无线电通信衰减，甚至中断，出现“黑障”现象． 此外把返回舱做成底大头小是因为返回舱返回时将重新进入大气层，气流千变万化将使高速飞行的返回舱难以保持固定的姿态，不倒翁的形状不怕气流的扰动． 知识挖掘训练

5．神舟六号飞船返回舱在返回时，在通过大气层时因表面与大气层剧烈摩擦产生大量的热能，从而使返回舱看起来就像一个闪光的火球，但由于表面有一层叫“烧蚀层”的特殊物质在汽化时，能_________从而起到保护作用．

6．神舟六号飞船于2005年10月17日4时33分，成功回收


着陆．神六在进入稠密大气层前，处于自由运动状态，因受高空稀薄空气的影响，在绕地球运动的同时，将很缓慢的向地球靠近，关于在此过程中的下列说法，不正确的是（ ） A．回收过程中，神六的势能只转变为内能 B．回收过程中，神六的势能逐渐转变为动能和内能 C．回收过程中，神六虽采用了先进的回收技术但仍会出现“黑障”现象

D．返回舱底大头小，有利于回收着陆时利用不倒翁的形状抗气流的扰动

7．在返回舱降落到大约10千米的高度时，返回舱上的静压高度控制器通过测量大气压判定高度，并自动打开伞舱盖，带出引导伞，引导伞再拉出减速伞，则随着返回舱的降落，静压高度控制器测量的大气压值逐渐变__________．

参考答案：１. Ｄ ２. Ｂ 3. 1）燃料燃烧获得的内能转化为火箭升空的机械能：同时，火箭升空过程中由于和大气剧烈摩擦，有一部分机械能转化为火箭和飞船自身的内能． 2）是大量水蒸气液化形成的雾状的小液滴．当高温火焰向下喷射到发射台的大水池中时，池中的水迅速气化成大量水蒸气，水蒸气上升过程中又液化成雾状的小液滴． 3）水池中的水汽化时吸收大量的热量使发射台的温度不会升得过高． 4）Ｓ＝３.２６×109米，V=7 870米/秒5. 吸收大量热量 6. A 7. 大


我国开始实施载人航天工程时，人类已经研制出宇宙飞船、航天飞机和空间站3种航天器。我们为什么不直接研制航天飞机或空间站，而要从宇宙飞船起步呢？

有关专家介绍说，航天飞机和空间站的研制投入很大，风险也大，技术难度高；而宇宙飞船在技术上容易突破，研制费用较少，研制周期也较短。因此，研制载人飞船的方案更符合中国国情，我国的载人航天事业应该从飞船起步。1992年，飞船载人航天工程正式立项，这项工程后来被定名为“神舟”号飞船载人航天工程。

“神舟”飞船发射时间为什么都选在比较寒冷季节？

航天发射是一项庞大的系统工程。飞船上天后，由地面测控站和远洋航天测量船组成的航天测控网将对飞船实施测控管理和回收。执行海上测控任务的4艘“远望”号远洋航天测量船分布在太平洋、印度洋和大西洋的指定海域，其中3艘测量船分布的海域在南半球，那里的冬季海况极为恶劣，夏季则适于观测。而南半球的夏季，正是我国所处北半球的冬季，因此“神舟”飞船的发射要尽量安排在比较寒冷的季节。

飞船着陆场为何选在内蒙古中部？




根据飞船运行轨道特点，着陆场必须具备４个条件：一是飞船将从这个地区上空多圈次通过；二是场地要开阔；三是地势要平缓，地表要足够坚硬；四是天气状况要好。内蒙古中部地区属沙质草地，地势平坦开阔，区内没有大河，为中温带大陆气候，全年干燥，少雨多风，能见度高。当地人烟稀少，平均每平方公里不超过10人。因此，“神舟”飞船的主着陆场选在了内蒙古草原上。

“神舟”飞船为什么不进行搭载动物试验？

前苏联和美国在将宇航员送入太空之前，都进行过多次动物飞行实验，探索太空环境是否适合人类生存。因此，我国的载人航天试验就不需要重复进行验证。另外，由于动物在生理指标方面同人差别大，对新环境的适应性差，动物试验难以完全证明飞船舱内的环境控制和生命保障系统能否满足载人需要。所以，“神舟”飞船选择了携带“模拟假人”，进行拟人装置试验一个值得探讨的命题素材——“神舟六号”2005年10月12日，搭乘费俊龙、聂海胜两名航天员的“神舟”六号载人飞船，在酒泉由“长征二号F”运载火箭发射升空，17日凌晨4时33分，在经过115小时32分钟的太空飞行完成了中国真正意义上有人参与的空间科学实验后，“神舟六号”载人飞船返回舱顺利着陆，航天员费俊龙、


聂海胜安全返回。有的老师以“神舟六号”为命题的素材，可以命出一些好题、妙题。

1．飞船进入运行轨道后，在距地 350 km的高空作圆周运动，飞船平均1.5 h可绕地一周,飞船的运动速度约是 km/h, (地球的半径约是6 400 km)飞行中航天员费俊龙在舱内连做了4个“前滚翻”,用时约3分钟,以地面为参照物,费俊龙一个“跟头”就飞了约 km。

2．“神舟六号”在上升的过程中，若以“神州六号”为参照物，则费俊龙、聂海胜是 ；若以地面为参照物，则费俊龙是 。“神舟六号”飞船在与火箭未脱离之前以 为参照物飞船是静止的，费俊龙在舱内坐椅上方连做了4个“前滚翻”，结束后，以聂海胜为参照物，费俊龙是 的，以地面为参照物他是 的。 3．使火箭升高的力的施力物体是 ,飞船发射升空后,通过喷射燃气来实现变轨控制,将飞船推入椭圆形轨道,运用了 物理道理,若火箭起飞时的质量4.6×105kg,竖直向上的推力5.88×106N,起飞时合力 N (不计空气阻力g取10N/kg )。

4．在从地面到太空中的过程中，宇航员身体的质量 ，重力 ，进入轨道后，飞船不需要动力也能飞行，是因为 。 5．假如费俊龙、聂海胜两人都出轨道舱，在太空中漫步，是否能够面对面的直接交谈？

6．你能说出宇航员身着乳白色的宇航服的作用吗？


解析：航天员身着乳白色的宇航服的作用很多：①防寒冷；②使体内外压强平衡等，当飞船座舱发生泄露，压力突然降低时，接通舱内与之配套的供氧系统，服装内就会立即充压供气，确保宇航员能安全返回，航天员的头盔、手套和鞋子更加特殊，能隔音、隔热和防碰撞，手套与航天服相配套，充气加压后具有良好的活动功能和保暖性能。

n2005年10月12日9时，随着指挥员“点火”一声令下，长征二号运载火箭喷射出一团橘红色的烈焰，将中国人自己设计制造的“神舟六号”飞船平地托起，直冲云天，在刚离地上升的过程中，“神舟六号”飞船的动能 ，重力势能 ，机械能 。飞船进入太空后在椭圆形轨道上平稳运行，在关闭推动器之后，从近地点到远地点运行时，飞船的势能将 ，动能 机械能 。

7 .飞船在脱离轨道进入大气层后，由于空气的阻力作用，势能 ，机械能 ，内能 .

8．为了返回舱安全着落，在距离地面一定高度将点燃反推火箭发动机，向下喷射高温高压的气体，使得返回舱的速度 ，动能 ，重力势能 ，机械能 .

9．飞船的燃料使用的是液态氢，是因为它的热值 ，为了便于储存，要将氢气 成液态后装入火箭里，同时被液化的是 .


10．火箭点火后离开发射台升空的瞬间，只见火箭底部涌出庞大的白色气团，这并不是火箭喷出的废气，原来火箭尾部的火焰如果直接喷到发射台，会导致发射架的熔化，为了保护发射架，就在发射台底建了一个大水池，让火焰喷到水池中，这是利用了水汽化时要 ，白色气团形成过程是 .

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