神舟六号返回舱下降过程中机械能和内能的变化

作者:郑中全王…文章来源:物理教学讨论，2005年第2期

中国自主研制的神舟五号载人飞船在酒泉载人航天城发射成功后，2004年中考，很多省市都出现了关于神舟五号的考题。后来得知神舟六号将于2005年发射。与神五相比，神六有三个变化(飞行天数必须在一天以上，必须有一名以上航天员在船上。飞行过程中，航天员将进入轨道舱做空间科学实验)，三不变(飞船质量、设备安排、发射地点不变)，神舟七号也将飞行。通过对有关“神舟五号”的中考试题的分析，初步了解神舟飞船的知识，以便在以后的考试中解决此类问题。

典型示例(1)

1.(哈尔滨，2004)2003年6月10，中国成功发射神舟五号载人飞船，飞船随火箭离开发射塔，飞向太空。下列说法不正确。

A.航天器受到平衡力的作用。

B.火箭推力为宇宙飞船做功。

C.飞船的动能和势能在增加。

D.燃料的化学能最终会转化为火箭的机械能。

2.(2004年，黑龙江省)神舟五号飞船成功完成首次载人航天飞行，实现了中国人的航天梦。当飞船绕地球飞行时，如果在舱内进行以下实验，不能完成的是

A.用大平板测量矿石样品的质量。

B.用显微镜观察洋葱皮。

C.使用温度训练来测量温度。

D.使用弹簧力测量来训练物体的货币力。

3.(江西省，2004)65438年6月+10月65438年+2003年6月，神舟五号载人飞船成功返回家园，实现了中国人千百年来的“飞天”梦。当飞船减速着陆时，“太空英雄”杨利伟的

A.随着动能的增加，货币力的势能减少。

B.动能减少，货币力量势能减少。

C.动能不变，货币力势能不变。

D.动能不变，货币力势能减小。

1相关知识

“神舟五号”由中国的“长征二号F”大推力运载火箭发射。火箭是人类航天活动的基本动力装置。火箭发动机工作时，燃料和氧化剂在燃烧室燃烧产生高温气体，通过喷管高速向后喷射，对火箭产生推力，使其发射。燃料的化学能转化为内能，内能又转化为火箭的机械能。

航天器会受到各种力的作用(如地球引力、燃料燃烧的推力等。)在整个太空飞行过程中，而火箭升空后所做的运动就是机械运动。飞船上升阶段，在火箭的推力下加速。这时候航天员要承受4-5 g (g = 9。8N/ kg)的“超重”，相当于有四五个和他一样的人压在他身上。当飞船进入绕地球轨道时，只受到地球引力的作用，使其绕地球转一圈，进入失重状态。学生坐过山车从顶部冲下来，那种感觉和失重差不多。

飞船从发射到成功返回，在太空中完成数百次操作，就是通过注入气体来改变轨道和调整姿态(即改变飞行高度和运行方向)，应用了物理学中力可以改变物体运动状态的原理。飞船返回时需要反方向施力(此时启动反推火箭)降低速度，使飞船落回地面。

2相关数据

“神舟五号”绕地球14 R，历时21h，航程60万km。飞船升空后进入近地点高度约200km、远地点距地球表面约350km的椭圆轨道，进入变轨距地球表面约343km的圆轨道。

3实例分析

在例1中，飞船是靠火箭推力发射的，加速时不可能受到平衡力的作用。此时飞船的动能和势能不断增加，增加的机械能由火箭燃料的化学能转化而来，于是选择了D。例2中，如果在舱内做实验，由于失重，不能用天平测量质量，也不能用测力计测量物体的重力(但可以用测力计测量手的拉力)，所以答案是A和d，例3中，飞船返回时已经启动反推火箭降低速度、动能和重力势能，所以选B。

典型例子(2)

4.(2004年，大连课改实验区)2003年6月5438+10月15至6月16，我国成功发射并回收神舟五号载人飞船。

(1)火箭发射时，高温火焰向下喷射，大量“白色气体”从发射台底部的大水池中涌出。这些“白色气体”是如何形成的？

(2)返回舱返回地球时，高度为1。离地2 m，反冲发动机向地面开火，飞船进一步减速，最终着陆。请写下这个过程中涉及到的两个机械知识。

第一条:

第二条:

5.(辽宁省，2004)如图1所示，2003年6月65438+10月05日9时，我国自行研制的长征二号F火箭随神舟五号载人飞船成功升入太空，随后绕地球数圈，6月65438+10月65438+再次绕地球飞行。

(1)

(2)

1相关知识

火箭发射台底部建有一个大型水池。火箭发射时，池中的水遇到高温火焰会汽化成蒸汽，高温蒸汽遇冷会液化成小水滴，形成白色气体。火箭在大气层飞行时，摩擦生热，机械能转化为内能，头部温度可达几千摄氏度。为了防止火箭燃尽，火箭头部涂有一层特殊材料，这种材料在高温下熔化、汽化、吸热。

随着飞船离开运载火箭，顺利进入太空，展开的太阳能电池板(即太阳能电池翼)就像长在飞船上的两对巨大的翅膀。太阳能电池板有充电和供电两种功能，相当于一个小型发电站。通过将太阳能转化为电能，为飞船上的电气设备提供能量。飞船虽然配备了应急电源，但支持时间有限，主要依靠太阳能电池板提供电能。

飞船进入轨道后，每绕地球飞行一周，都要经过阳光区一小时，阴影区30到40分钟，因此外表面至少要经受180℃的温差考验。飞船返回密封舱时，经常会看到外表面烧蚀，这是飞船高速进入大气层，与大气层发生摩擦(温度可达2000摄氏度)造成的。返回舱使用的烧蚀材料在高温下能发生分解、熔化、蒸发、升华等物理化学变化，使大量热量被材料的质量消耗带走，从而阻止热量流入返回舱内部。常用的烧蚀材料包括聚四氟乙烯、石墨、碳和碳复合材料、应时和玻璃材料以及增强酚醛材料。

“神舟”系列的发射时间是有选择性的，嫦娥一号到嫦娥四号的发射时间都在夜间，主要是方便地面的光学跟踪测量仪器在飞船发射时轻松捕捉目标。神舟五号宇宙飞船是第一次载人飞行。为了充分保障航天员的安全，发射时间选在了白天。

长征二号F火箭的结构如图2所示。

3实例分析

在实施例4中。(1)火箭发射台底部有一个大水池。火箭发射时，池中的水遇高温火焰汽化成蒸汽，高温蒸汽遇冷液化成小水滴，形成白色气体。(2) ①物体之间的力是相互的；②力可以改变物体的运动状态。例5，火箭燃料燃烧时，(1)化学能转化为内能；(2)火箭头部是尖的，以减少空气阻力；(3)火箭上升过程中，内能转化为机械能；(4)火箭头部的特殊材料在高温下融化，汽化吸热。保护火箭头部免受过高的温度；(5)发射筒底部产生大量白色气体，汽化液化；(6)宇航员在加速上升过程中超重；(7)航天员进入轨道后处于失重状态；(8)空中的太阳能电池板将太阳能转化为电能；(9)反冲原理用于上升、下降和变轨；(10)杨利伟不穿航天服只带氧气瓶是出不了舱外活动的，因为出舱活动没有大气压力(或者空间温度太低)。(11)返回舱下降到80 km时，由于舱体与空气的摩擦，在舱外烧红，产生高温，但由于舱体材料的保温性能良好，舱体内的温度没有发生变化；(12)“神舟五号”是在白天发射的，以充分利用太阳能。飞船进入太空后，光伏电池将太阳能转化为电能，以维持飞船的正常工作。

点评:中考经常有结合新科技成果的试题。这些问题立意高、落点低、信息新、时代气息明显，旨在引导学生关心科技发展趋势、社会进步、热爱科学知识。我们应该尽力扩大知识面，充分利用所学知识去推理和解决从未接触过的实际问题。