선저우 6 일 리턴 캐빈 하강 중 기계적 에너지와 내부 에너지의 변화

선저우 우주선 시험 문제.

저자: 정중전왕 ... 문장 출처: 물리 교육 토론, 2005 년 2 호

중국이 자체 개발한 선저우 5 호 유인우주선이 주천 유인우주도시에서 발사에 성공한 뒤 2004 년 입시에 많은 성시에서 선저우 5 일에 관한 시험 문제가 나왔다. 나중에 선저우 6 일이 2005 년에 발사될 것이라는 것을 알게 되었다. 신오와 비교하면 신육은 세 가지 변화가 있다. (비행일수는 반드시 하루 이상이어야 하며, 반드시 한 명 이상의 우주비행사가 배에 있어야 한다. 비행 과정에서 우주비행사는 궤도석에 들어가 우주과학 실험을 할 것이며, 3 은 변하지 않고 (우주선 품질, 설비 배치, 발사 장소는 변하지 않음) 선저우 7 일도 비행할 것이다. "선저우 5 일" 의 입시 문제에 대한 분석을 통해 선저우 우주선에 대한 지식을 초보적으로 파악함으로써 향후 시험에서 이런 문제를 해결할 수 있게 되었다.

일반적인 예 (1)

1. (하얼빈, 2004)2003 년 6 월 10, 중국은 선저우 5 호 유인우주선을 성공적으로 발사했고, 우주선은 로켓과 함께 발사탑을 떠나 우주로 날아갔다. 다음 진술은 정확하지 않다.

A. 우주선은 균형력의 영향을 받는다.

B. 로켓 추력은 우주선을 위해 일을 한다.

C. 우주선의 운동 에너지와 포텐셜 에너지가 증가하고 있습니다.

D. 연료의 화학 에너지는 결국 로켓의 기계적 에너지로 변환됩니다.

2.(2004 년 헤이룽장성) 선저우 5 호 우주선이 첫 유인 우주비행을 성공적으로 완료하여 중국인의 우주꿈을 실현했다. 우주선이 지구 주위를 비행할 때, 선내에서 다음과 같은 실험을 한다면, 완성할 수 없는 것은

A. 큰 태블릿으로 광석 샘플의 품질을 측정하다.

B. 현미경으로 양파 껍질을 관찰하다.

C. 온도 훈련을 사용하여 온도를 측정하십시오.

D. 스프링 힘 측정을 사용하여 물체의 통화 힘을 훈련시킵니다.

3. (장시성, 2004)65438 년 6 월+10 월 65438 년 +2003 년 6 월, 선저우 5 일 유인우주선이 성공적으로 집으로 돌아와 중국인들이 천백년 동안' 하늘을 나는' 꿈을 이루었다. 우주선이 천천히 착륙했을 때, "우주 영웅" 양리웨이는

A. 운동 에너지가 증가함에 따라 화폐력의 포텐셜 에너지가 감소한다.

B. 운동 에너지 감소, 화폐력 잠재력 감소.

C. 운동 에너지는 변하지 않고, 화폐력은 변하지 않는다.

D. 운동 에너지는 변하지 않고, 화폐력은 감소한다.

1 관련 지식

선저우 5 일' 은 중국의' 장정 2 호 F' 대추력 운반 로켓에 의해 발사되었다. 로켓은 인간 우주 활동의 기본 동력장치이다. 로켓 엔진이 작동할 때 연료와 산화제는 연소실에서 연소하여 고온가스를 발생시켜 노즐을 통해 고속으로 뒤로 분사하여 로켓에 추진력을 발생시켜 발사한다. 연료의 화학에너지는 내부 에너지로, 내부 에너지는 또 로켓의 기계적 에너지로 전환된다.

우주선은 각종 힘의 작용을 받을 것이다 (예: 지구의 중력, 연료 연소의 추력 등). ) 전체 우주비행 과정에서 로켓이 하늘로 날아오른 후 하는 운동은 기계 운동이다. 우주선의 상승 단계는 로켓의 추력 하에서 가속화되었다. 이때 우주 비행사는 4-5 g (g = 9) 를 견뎌야 한다. 8N/ kg) 의' 과체중' 은 그와 같은 4 ~ 5 명의 사람이 그를 압도하는 것과 같다. 우주선이 지구 궤도에 진입할 때, 지구의 중력에 의해서만 작용하여 지구를 한 바퀴 돌고 무중력 상태로 들어가게 한다. 학생이 롤러코스터를 타고 정상에서 뛰어내리는 느낌은 무중력과 비슷하다.

우주선은 발사에서 성공적인 귀환에 이르기까지 우주에서 수백 번의 작업을 완료했다. 즉, 가스를 주입하여 궤도를 바꾸고 자세를 조절하는 것 (즉, 비행 높이와 운행 방향을 바꾸는 것) 으로, 물리학에서 힘이 물체의 운동 상태를 바꿀 수 있다는 원리를 적용했다. 우주선이 돌아올 때는 반대 방향으로 힘을 가해야 한다. (이때 역추로켓을 가동한다.) 속도를 낮춰 우주선이 바닥으로 떨어지게 해야 한다.

2 관련 데이터

"선저우 5 일" 은 지구 14 R 을 돌며 2 1h, 60 만 km 를 항해했다. 우주선이 승승승장구하여 근지점 높이 약 200km, 먼 곳에서 지구 표면에서 약 350km 떨어진 타원형 궤도로, 변궤 지구 표면에서 약 343km 떨어진 원형 궤도로 들어갔다.

3 예 분석

예 1 에서 우주선은 로켓 추력으로 발사되어 가속할 때 균형력의 작용을 받을 수 없다. 이때 우주선의 운동 에너지와 포텐셜 에너지가 계속 증가하고, 증가된 기계 에너지는 로켓 연료의 화학 에너지에서 변환되어 D 를 선택했다. 예 2 에서는 선내에서 실험을 하면 무중력으로 인해 저울로 질량을 측정할 수 없고, 동력계로 물체의 중력을 측정할 수 없으므로 (그러나 동력계로 손의 당기기를 측정할 수 있음), 대답은 A 와 D, 예 3 에서 우주선이 돌아올 때 이미 반추로켓을 가동해 속도, 운동 에너지, 중력 에너지를 낮추기 때문에 B 를 선택했다.

전형적인 예 (2)

4.(2004 년 대련 교과 과정 개혁 실험 구역) 2003 년 6 월 5438+ 10 월 15 월 ~ 6 월 16, 중국은 선저우 5 호 유인우주선 발사 및 회수에 성공했다

(1) 로켓이 발사될 때 고온 화염이 아래로 분사되고, 대량의' 흰색 가스' 가 발사대 바닥의 큰 못에서 쏟아져 나온다. 이 "백색 가스" 는 어떻게 형성됩니까?

(2) 리턴 캡슐이 지구로 돌아올 때 높이는 1 입니다. 지상에서 2 m, 반동 엔진이 지면을 향해 발포하고, 우주선이 더욱 속도를 늦추고, 결국 착륙한다. 이 과정에 관련된 두 가지 기계 지식을 적어 주세요.

제 1 조:

제 2 조:

5. (랴오닝성, 2004) 그림 1 과 같이 2003 년 6 월 65438+ 10 월 05 일 9 시 우리나라가 자체 개발한 장정 2 호 F 로켓은 선저우 5 호 유인우주선과 함께 우주로 성공적으로 올라간 뒤 지구를 돌았다

(1)

(2)

1 관련 지식

로켓 발사대의 바닥에는 대형 수조가 건설되었다. 로켓이 발사될 때, 연못의 물은 고온의 화염을 만나면 증기로 증발하고, 고온증기가 차가워지면 작은 물방울로 액화되어 흰색 가스를 형성한다. 로켓이 대기권에서 비행할 때 마찰은 열을 발생시키고, 기계 에너지는 내부 에너지로 전환되며, 머리 온도는 섭씨 수천 도까지 올라갈 수 있다. 로켓의 연소를 막기 위해, 로켓 머리에는 고온에서 녹고 기화하고 열을 흡수하는 특수 재료가 칠해져 있다.

우주선이 운반로켓을 떠나 순조롭게 우주로 들어가면서 펼쳐진 태양전지판 (태양전지날개) 은 우주선에서 자라는 거대한 날개 두 쌍과 같다. 태양전지판에는 충전과 전력 공급의 두 가지 기능이 있는데, 이는 작은 발전소와 맞먹는다. 태양열을 전기로 변환하여 우주선의 전기 설비에 에너지를 공급하다. 우주선은 비상 전원 공급 장치를 갖추고 있지만, 지원 시간은 제한되어 있으며, 주로 태양전지판에 의지하여 전기를 공급한다.

우주선이 궤도에 진입한 후 지구 주위를 한 바퀴 비행할 때마다 햇빛 구역을 한 시간, 그림자 구역을 30 분에서 40 분 정도 지나야 하기 때문에 외부 표면은 최소한180 C 의 온도차 시험을 받아야 한다. 우주선이 밀폐실로 돌아올 때, 우주선이 대기권으로 고속으로 진입하여 대기와 마찰을 일으켜 (온도가 섭씨 2000 도에 달할 수 있음) 외부 표면이 타작되는 것을 흔히 볼 수 있다. 리턴 캡슐에 사용 된 절삭 재료는 고온에서 분해, 용융, 증발 및 승화와 같은 물리 화학적 변화를 일으킬 수 있으며, 이로 인해 많은 양의 열이 재료의 질량 소비에 의해 제거되어 리턴 캐빈 내부로 유입되는 것을 막을 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 절삭 재료에는 폴리 테트라 플루오로 에틸렌, 흑연, 탄소 및 탄소 복합 재료, 타이밍 및 유리 재료 및 향상된 페놀 재료가 포함됩니다.

선저우' 시리즈의 발사 시간은 선택적이다. 창어 1 호부터 창어 4 호까지의 발사 시간은 모두 밤에 주로 지면을 용이하게 하는 광학 추적 측정기가 우주선 발사 시 쉽게 목표를 포착한다. 선저우 5 호 우주선은 첫 유인 비행이다. 우주비행사의 안전을 충분히 보장하기 위해 발사 시간이 낮으로 선정되었다.

장정 2 호 F 로켓의 구조는 그림 2 에 나와 있다.

3 예 분석

구현 사례 4 에서 (1) 로켓 발사대 바닥에 큰 수영장이 있습니다. 로켓이 발사될 때, 연못의 물은 고온의 화염을 만나 증기로 증발하고, 고온증기는 차갑게 액화되어 작은 물방울로 되어 흰색 가스를 형성한다. (2) ① 물체 사이의 힘은 상호 작용한다. ② 힘은 물체의 운동 상태를 바꿀 수 있다. 예 5, 로켓 연료가 연소되면 (1) 화학에너지가 내부 에너지로 전환된다. (2) 로켓 머리는 공기 저항을 줄이기 위해 뾰족하다. (3) 로켓 상승 과정에서 내부 에너지는 기계적 에너지로 전환된다. (4) 로켓 머리의 특수 재료는 고온에서 녹아 증발하여 열을 흡수한다. 로켓 머리를 너무 높은 온도로부터 보호하다. (5) 발사기 바닥에 대량의 흰색 가스가 생성되어 기화 액화가 이루어진다. (6) 우주 비행사는 가속 상승 과정에서 과체중이다. (7) 우주 비행사가 궤도에 진입 한 후 무중력 상태에 처해있다. (8) 공중의 태양 전지판은 태양 에너지를 전기로 전환시킨다. (9) 반동 원리는 상승, 하강 및 궤도 변경에 사용된다. (10) 양리위는 우주복을 입지 않고 산소병만 가지고 있으면 선실 밖에서 활동할 수 없다. 출석 활동에는 대기압력이 없기 때문이다 (또는 공간 온도가 너무 낮기 때문이다). (1 1) 리턴 캡슐이 80 km 으로 떨어지면 선실과 공기의 마찰로 인해 선실 밖에서 빨갛게 타서 고온이 발생하지만, 선실 재료의 보온 성능이 양호하기 때문에 선실 안의 온도는 변하지 않는다. (12)' 선저우 5 일' 은 태양열을 최대한 활용하기 위해 낮에 발사됐다. 우주선이 우주에 들어간 후, 광전지는 태양열을 전기로 전환하여 우주선의 정상적인 작동을 유지한다.

코멘트: 고등학교 입학 시험에는 종종 새로운 과학 기술 성과와 결합 된 시험 문제가 있습니다. 이러한 문제들은 입의가 높고, 낙점이 낮고, 정보가 새롭고, 시대정신이 뚜렷하며, 학생들이 과학기술 발전 추세, 사회진보, 과학지식에 관심을 갖도록 유도하기 위한 것이다. 우리는 지식의 폭을 넓히고 배운 지식을 최대한 활용해 본 적이 없는 실제 문제를 추리하고 해결해야 한다.