摘要:航天技术中的物态变化 (1)液化:运载火箭的燃料常采用液态.它是利用压缩体积的方法使气态液化形成.液态有利于储存和储存较多数量的燃料.如图1.6-7所示, 图1.6-7 (2)熔化.汽化吸热:卫星返回地面时.与空气相互摩擦.温度升高.整流罩上的烧蚀层会熔化.汽化吸收大量的热.保护了火箭或卫星, (3)利用热管使卫星不同面温度变化均匀. [例4] 我国“神舟 五号返回舱的表面有一层叫做“烧蚀层 的物质.它可以在返回大气层时保护返回舱不因高温而烧毁.“烧蚀层 能起这种作用.除了隔热性能外还由于( ) A.它的硬度大.不易烧坏 B.它的表面非常光滑.能减少与空气的摩擦 C.它在熔化和汽化时要吸收大量的热 D.它能把热辐射到宇宙空间 思路与技巧 返回舱在返回进入大气层后.与空气摩擦.使返回舱温度升得很高.涂在表面的“烧蚀层 除了隔热外还会熔化.汽化吸收大量的热.从而保护了返回舱. 答案C. 探究体验 问题情景 天气预报中常说.“--向北移动的暖湿气流和来自××地区的冷空气前锋相遇.将在我国××至××之间形成一条东西方向的降雨带-- .暖湿气流携带较多的水蒸气.为什么不一定带来降雨.而与冷空气相遇才会降雨呢?小红想:大自然中的“雨 是怎样形成的呢? 猜一猜 可能是空气中的水蒸气 形成的. 做一做 ①如图1.6-8甲.向圆锥瓶内注入少量的温水, ②取一干燥的蒸发皿盖在瓶口.在蒸发皿中放置一些冰块. 图1.6-8 看一看 在瓶口 朦胧的“白雾 .蒸发皿底部出现了 .其原因是: . 议一议 若换另一干燥蒸发皿.向蒸发皿中倒开水.如图1.6-8乙所示.瓶口 朦胧的“白雾 出现.蒸发皿底部 其原因是: . 可见大自然中“雨 是空气中水蒸气 液化形成的. 探究点拨 实验探究时尽量创设与实际情况相同的条件.注意区分主要因素和次要因素(说明:自然界中的“雨 的成因还有的是水蒸气先凝华成小冰晶而后又熔化成水的). [例5] 水蒸发到大气中成水汽.空气对水汽的容量有一定限度.在10℃时最大为9g.20℃时最大为17g.30℃时最大为30g.当空气不再容纳水汽时就成为饱和状态.此时如果气温继续降低.是不是就可以降水?说明理由? 思路与技巧 降水有三个条件:一是空气中水汽饱和.二是气温继续降低.最后是有凝结核.由题中条件说明不一定降水.因为空气中不一定有凝结核. 答案 不一定降水.因降水要同时满足三个条件.由于空气中不一定有水汽的凝结核.即使空气中水汽处于饱和状态.气温继续降低.水汽不一定形成小水滴.即云和雾.如果水滴不够大则会随气流飘浮.所以不一定降水. 聊天室 话题:为什么南极上空臭氧层出现了空洞? 胖胖:地球上臭氧层起什么作用? 老师:地球外围20-25km的平流层内的臭氧(O3)层.好比地球的保护伞.阻挡了99%的紫外线辐射.保护地球上生灵万物.是地球的天然屏障.如图1.6-9. 乐乐:臭氧层空洞是怎么回事? 老师:太阳黑子爆炸,南极上空上升气流把臭氧含量较高的中层大气输送到上层.从而降低了那里的臭氧含量,大量使用氨肥.氟利昂.以及火山爆发.大型超音速飞机在空中排放的废气.核试验等对臭氧层的破坏.使南极上空出现了臭氧层空洞. 图1.6-9 臭氧层的作用 胖胖:这个空洞可以补吗? 老师:当个“女娲 去“补天 .关键是全世界每个公民都要采用各种方法保护臭氧层.禁止使用氯氟烃类产品.

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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.

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