Question

三十多年来，我国成功地用火箭发射了各种用途的航天器进入太空，特别是“神舟”五号载人飞船的成功发射，标志着我国的航天事业已跻身于世界先进行列．
（1）如图是我国“长征三号”运载火箭的示意图．它的工作原理是什么？
在第三级里装的是燃料液体态氢和助燃剂液态氧，为什么燃料不选汽油或柴油而选液态氢？
（2）我国某一火箭发射时，起飞质量是4.6×10⁵ kg，竖直向上的推力为5.88×10⁶ N．当火箭上升1000m时，火箭克服重力做功是多少焦？推力做的功是多少焦？如不计摩擦阻力，火箭获得的动能是多少焦？（不考虑火箭质量的减小）
（3）用火箭发射的某航天器，它的某些仪器工作时动力能源主要靠太阳能电池提供．现有太阳能电池板面积为8m²，正对太阳能产生120V的电压，为工作仪器提供10A的电流．若太阳光照射处每平方米面积上获得的太阳辐射功率是1.0×10³ W，试计算该太阳能电池的光电转换效率．
（4）当“神舟”五号的载人舱进入大气层时，为了减速而打开了降落伞，当载人舱匀速下落时，它的动能、势能和机械能如何变化？

Answer 1

分析：（1）火箭是利用燃料燃烧获得内能，然后利用内能对外做功；从液态氢的性质来分析；
（2）先根据W=Gh求出克服重力做的功，然后利用W=FS求出推力做的功，根据能量守恒可知，火箭得到的动能等于推力做的功和克服重力所做功之差；
（3）光电池板获取的太阳能是总功，为工作舱提供的电能是有用功．根据机械效率的公式进行计算；
（4）匀速下落时，速度不变，质量也不变，动能就不变，高度减小，重力势能就减小，机械能是动能和重力势能之和．

解答：解：（1）利用燃料燃烧获得的内能对外做功．
因为液态氢的热值比汽油或柴油的热值大．
（2）W_重=Gh=4.6×10⁵ kg×10N/kg×1000m=4.6×10⁹J，
W_推=Fh=5.88×10⁶N×1000m=5.88×10⁹J，
E_动=W_推-W_重=5.88×10⁹J-4.6×10⁹J=1.28×10⁹J．
（3）P_总=PS=1000W×8=8000W
P_电=UI=120V×10A=1200W，
η=

P电

P总

×100%=

1200W

8000W

×100%=15%．
（4）当载人舱匀速下落时，质量、速度都不变，高度减小，故动能不变，重力势能减少，机械能减少．
答：（1）利用燃料燃烧获得的内能对外做功．
因为液态氢的热值比汽油或柴油的热值大．
（2）火箭克服重力做功是4.6×10⁹J；推力做的功是5.88×10⁹J；如不计摩擦阻力，火箭获得的动能是1.28×10⁹J；
（3）太阳能电池的光电转换效率为15%；
（4）动能不变，重力势能减少，机械能减少．

点评：考查了机械效率计算公式、对题目条件分析能力、动能和重力势能相互转化和做功可以改变物体内能的知识点，试题有一定难度．