Question

解答题 三十年来，我国成功地发射了各种用途的航天器进入太空，这标志着我国的运载火箭技术水平已跻身于世界先进行列． (1) 我国向国际市场提供的长征三号运载火箭的第三级，如图所示，氧和氢以液体状态装在火箭里．将它们液化的最大好处是什么？ (2) 图甲为某火箭发射场，乙为山区，丙为城市．发射场正在进行火箭发射试验．该火箭起飞时质量为m＝4.60×105kg，竖直向上的起飞推力为F＝5.88×106N．请你求出该火箭起飞时所受的合力及方向．(不计空气阻力，g＝10N/kg) (3) 为了转播火箭发射的实况，在发射场建立了发射台，用于发射广播和电视信号．已知传输无线电广播信号所用电磁波的波段为中波，而传输电视信号所用电磁波的波段为微波，为了不让山地阻挡信号的传播，使城市居民能收听和收看实况，必须通过建立山顶转发站来转发的是无线电广播信号还是电视信号？简述理由． (4) 用“长征三号”发射的某航天器，它的一部分光电池板面积为S＝8m2，正对太阳时能产生U＝120V的电压，为工作舱提供I＝10A的电流．若太阳光照射处每1m2面积上获得的太阳辐射功率为P0＝1.0×103W，试估算该光电池的光电转换效率η＝？ (5) 某些航天器为研究的需要建有回收舱(或载人舱、返回舱)，务必要保证它安全降落到预定的回收位置．当回收舱降落到地面附近时，由于空气阻力作用做匀速运动，则回收舱在匀速下降过程中它的动能、势能和机械能如何变化？ (6) 为减少太空污染，一般航天器在完成预定任务后，应使它坠落销毁．坠落过程可简化为从一个圆轨道开始，经过与大气摩擦，航天器的绝大部分经过升温、熔化，最后汽化而销毁，剩下的残片坠入大海．航天器原来的机械能中，除一部分用于销毁和一部分被残片带走外，还有一部分能量通过其他方式散失(不考虑坠落过程中化学反应的能量)．已知： 从圆轨道坠落开始时航天器的机械能E＝4.0×1012J、质量m＝1.17×105kg；入海时残片的质量m＝1.2×104kg、温度升高Δt＝3.0×103℃、动能EK＝0.7×109J；航天器材料每1kg升温1℃平均所需能量为C＝1.0×103J；航天器材料每销毁1kg平均所需能量为μ＝1.0×107J． 试导出的表达式(用以上所列各物理量的符号表示)并估算出的数值．

Answer 1

答案：
解析：

(1)	将气体液化的最大好处是使它的体积缩小，便于贮存和运输．
(2)	F合＝F－mg＝5.88×106N－4.60×105×10N＝1.28×106N,方向竖直向上
(3)	电视信号,因为电视信号所用的电磁波的波段为微波，只能沿直线传播，此处受山地阻挡，因此必须在山顶建立转发站，把微波传出去．
(4)	解：依题意 　　光电池板正对太阳时产生的功率 　　P电＝UI＝120×10W＝1.2×103W 　　光电池板获得的太阳辐射功率 　　P光＝P0S＝1.0×103×8W＝8.0×103W 　　光电转换效率 　　η＝＝＝15%
(5)	动能不变,势能减小,机械能减小
(6)	航天器材料销毁所需的能量 　　E销＝(M－m)μ＝(1.17×105－1.2×104)×1.0×107J＝1.05×1012J 　　残片升温所需的能量 　　E残＝Q＝cmΔt＝1.0×103×1.2×104×3.0×103J＝3.6×1010J 　　由能量守恒定律得 　　E＝E销＋E残＋Ek＋ 　　∴＝E－E销－E残－Ek＝E－(M－m)μ－cmΔt－Ek 　　＝(4.0×1012－1.05×1012－3.6×1010－0.7×109)J＝2.9133×1012J＝2.9×1012J