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太阳帆是一种不带机械动力装置的轻便航天器,它像帆船利用风的压力前进一样,利用太阳光和太阳风的压力,作用在帆上来加速飞行.那么,光有压力吗?回答是肯定的.当彗星飞近太阳时,彗星上的部分物质升华和蒸发为气体,形成一条总是背向太阳的尾巴,就曾被认为是太阳光的压力作用的结果(后来弄清楚主要是太阳风作用的结果).从理论上来说,光是光子形成的,每个光子都有一定的能量.当光子撞在帆上被吸收时,这就是光的压力.如光子被反射,压力还会增加.当然,光压是非常小的.在地球上,一个绝对黑体,即光被完全吸收的物体,每平方米上大约只受到2.5×10-6N的光压.但在太空真空中,太阳光压仍能发挥作用.早在20世纪20年代,齐奥尔科夫斯基就提出了太阳帆的概念.光压虽然很小,但可以长期不间断地作用.理论研究表明,在进入太空的航天器上拉起一张巨大的帆,可为航天器提供足够的动力.如果帆面(看成正方形)边长300米,可使500千克的航天器从静止开始沿半椭圆轨道,经200天的加速飞到火星.如果帆面边长增大到2000米,则可使5吨的飞船飞离太阳系.?
看完这篇文章,提起了小明的探究兴趣,小明想进一步研究力和运动之间的关系,于是他设计了如图的实验.用钩码通过细线去拉动小车,不断改变钩码的重量G和小车的质量m,来研究不同受力的情况下小车的运动状态改变的情况.

图中打点计时器每隔0.02s在纸带上打一个,小明每次测出5个间隔内小车运动的距离,记录在表中.(不考虑小车与木板,绳与滑轮之间的摩擦)
(1)将表中空白的地方填上数据
G=1N         m=1kg
第0.1s内 第0.2s内 第0.3s内 第0.4s内
S(m) 0.005 0.015 0.025 0.035
G=2N         m=1kg
第0.1s内 第0.2s内 第0.3s内 第0.4s内
S(m) 0.01 0.03 0.07
G=2N         m=2kg
第0.1s内 第0.2s内 第0.3s内 第0.4s内
S(m) 0.005 0.015 0.025
(2)小明用钩码通过细线拉动小车,而不是使用弹簧测力计,这样做有什么好处?
(3)根据文中的信息和小明实验的数据,计算边长为2000米,质量为5t的太阳帆航天器仅仅在光压的作用下从静止开始运动1天后,经过的总路程约是多少?(假设太阳帆为绝对黑体,且受到的太阳光压大小不变)
分析:(1)由于纸带的运动速度不同,两点之间的距离可能不相等.当纸带从静止开始运动时,刚开始速度小,纸带上点之间的距离小,随后速度增大,每增加0.1s,点之间的距离增加相同距离.
(2)在受力大小相等时,弹簧的形变要大于细线的形变,对小车不好控制;
(3)利用太阳帆的边长,求出其面积,即可利用每平方米受到的光压求出太阳帆所受的压力;由表中数据可总结出物体运动情况和其质量及所受力情况的关系.
解答:解:(1)当G=2N,m=1kg时,分析数据可知:
第0.3s内的距离为0.03m+(0.03m-0.01m)=0.05m;
当G=2N,m=2kg时,第0.4s内通过的距离为0.025m+(0.025m-0.015m)=0.035m;
故答案为:0.05;  0.035; 
(2)小明用钩码通过细线拉动小车,而不是使用弹簧测力计,这样做便于控制对小车的拉力一定;  
(3)太阳帆的面积S=(2000m)2=4×106m2
所以太阳帆所受的光压力F=2.5×10-6N/m2×4×106m2=10N,
由表中数据可得,当质量为m=1kg的物体所受力F=G=1N时,第0.1s内运动了0.005m,第0.2s、0.3s、0.4s内等运动的距离依次增加了0.01m;当质量为m=1kg的物体所受力F=G=2N时,第0.1s内运动了0.005m×
2
1
=0.01m,第0.2s、0.3s、0.4s内等运动的距离依次增加了0.01m×
2
1
=0.02m;当质量为m=2kg的物体所受力F=G=2N时,第0.1s内运动了0.005m×
2
2
=0.005m,第0.2s、0.3s、0.4s内等运动的距离依次增加了0.01m×
2
2
=0.01m.
所以质量为m=5t=5×103kg的太阳帆航天器在光压力F=10N时,第0.1s内运动0.005m×
10
5×103
,第0.2s、0.3s、0.4s内等运动的距离依次增加了0.01m×
10
5×103

所以从静止开始运动1天t=24×3600s=86400s=0.1s×864000后,太阳帆航天器经过的总路程约是0.005m×
10
5×103
+(0.005m×
10
5×103
+0.01m×
10
5×103
×1)+(0.005m×
10
5×103
+0.01m×
10
5×103
×2)+(0.005m×
10
5×103
+0.01m×
10
5×103
×3)+(0.005m×
10
5×103
+0.01m×
10
5×103
×4)+…+【0.005m×
10
5×103
+0.01m×
10
5×103
×(864000-1)】=
1
2
{0.005m×
10
5×103
+【0.005m×
10
5×103
+0.01m×
10
5×103
×(864000-1)】}×864000=7464960m.
答:经过的总路程为7464960m.
点评:本题借助打点计时器的点的分布,来考查物体的运动情况,相邻的两点距离是解题的关键,难点是求太阳帆航天器经过的路程,从当质量为m=1kg的物体所受力F=G=1N时,第0.1s内运动了0.005m,第0.2s、0.3s、0.4s内等运动的距离依次增加了0.01m;再分析当质量为m=1kg的物体所受力F=G=2N时,依次分析,本题难度相当大,解题过程中一定要认真仔细.
练习册系列答案
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科目:初中物理 来源: 题型:解答题

太阳帆是一种不带机械动力装置的轻便航天器,它像帆船利用风的压力前进一样,利用太阳光和太阳风的压力,作用在帆上来加速飞行.那么,光有压力吗?回答是肯定的.当彗星飞近太阳时,彗星上的部分物质升华和蒸发为气体,形成一条总是背向太阳的尾巴,就曾被认为是太阳光的压力作用的结果(后来弄清楚主要是太阳风作用的结果).从理论上来说,光是光子形成的,每个光子都有一定的能量.当光子撞在帆上被吸收时,这就是光的压力.如光子被反射,压力还会增加.当然,光压是非常小的.在地球上,一个绝对黑体,即光被完全吸收的物体,每平方米上大约只受到2.5×10-6N的光压.但在太空真空中,太阳光压仍能发挥作用.早在20世纪20年代,齐奥尔科夫斯基就提出了太阳帆的概念.光压虽然很小,但可以长期不间断地作用.理论研究表明,在进入太空的航天器上拉起一张巨大的帆,可为航天器提供足够的动力.如果帆面(看成正方形)边长300米,可使500千克的航天器从静止开始沿半椭圆轨道,经200天的加速飞到火星.如果帆面边长增大到2000米,则可使5吨的飞船飞离太阳系.?
看完这篇文章,提起了小明的探究兴趣,小明想进一步研究力和运动之间的关系,于是他设计了如图的实验.用钩码通过细线去拉动小车,不断改变钩码的重量G和小车的质量m,来研究不同受力的情况下小车的运动状态改变的情况.

图中打点计时器每隔0.02s在纸带上打一个,小明每次测出5个间隔内小车运动的距离,记录在表中.(不考虑小车与木板,绳与滑轮之间的摩擦)
(1)将表中空白的地方填上数据
G=1N     m=1kg
第0.1s内第0.2s内第0.3s内第0.4s内
S(m)0.0050.0150.0250.035
G=2N     m=1kg
第0.1s内第0.2s内第0.3s内第0.4s内
S(m)0.010.030.07
G=2N     m=2kg
第0.1s内第0.2s内第0.3s内第0.4s内
S(m)0.0050.0150.025
(2)小明用钩码通过细线拉动小车,而不是使用弹簧测力计,这样做有什么好处?
(3)根据文中的信息和小明实验的数据,计算边长为2000米,质量为5t的太阳帆航天器仅仅在光压的作用下从静止开始运动1天后,经过的总路程约是多少?(假设太阳帆为绝对黑体,且受到的太阳光压大小不变)

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科目:初中物理 来源:2007年江苏省无锡市外国语学校中考物理模拟试卷(解析版) 题型:解答题

太阳帆是一种不带机械动力装置的轻便航天器,它像帆船利用风的压力前进一样,利用太阳光和太阳风的压力,作用在帆上来加速飞行.那么,光有压力吗?回答是肯定的.当彗星飞近太阳时,彗星上的部分物质升华和蒸发为气体,形成一条总是背向太阳的尾巴,就曾被认为是太阳光的压力作用的结果(后来弄清楚主要是太阳风作用的结果).从理论上来说,光是光子形成的,每个光子都有一定的能量.当光子撞在帆上被吸收时,这就是光的压力.如光子被反射,压力还会增加.当然,光压是非常小的.在地球上,一个绝对黑体,即光被完全吸收的物体,每平方米上大约只受到2.5×10-6N的光压.但在太空真空中,太阳光压仍能发挥作用.早在20世纪20年代,齐奥尔科夫斯基就提出了太阳帆的概念.光压虽然很小,但可以长期不间断地作用.理论研究表明,在进入太空的航天器上拉起一张巨大的帆,可为航天器提供足够的动力.如果帆面(看成正方形)边长300米,可使500千克的航天器从静止开始沿半椭圆轨道,经200天的加速飞到火星.如果帆面边长增大到2000米,则可使5吨的飞船飞离太阳系.?
看完这篇文章,提起了小明的探究兴趣,小明想进一步研究力和运动之间的关系,于是他设计了如图的实验.用钩码通过细线去拉动小车,不断改变钩码的重量G和小车的质量m,来研究不同受力的情况下小车的运动状态改变的情况.

图中打点计时器每隔0.02s在纸带上打一个,小明每次测出5个间隔内小车运动的距离,记录在表中.(不考虑小车与木板,绳与滑轮之间的摩擦)
(1)将表中空白的地方填上数据
G=1N         m=1kg
第0.1s内第0.2s内第0.3s内第0.4s内
S(m)0.0050.0150.0250.035
G=2N         m=1kg
第0.1s内第0.2s内第0.3s内第0.4s内
S(m)0.010.030.07
G=2N         m=2kg
第0.1s内第0.2s内第0.3s内第0.4s内
S(m)0.0050.0150.025
(2)小明用钩码通过细线拉动小车,而不是使用弹簧测力计,这样做有什么好处?
(3)根据文中的信息和小明实验的数据,计算边长为2000米,质量为5t的太阳帆航天器仅仅在光压的作用下从静止开始运动1天后,经过的总路程约是多少?(假设太阳帆为绝对黑体,且受到的太阳光压大小不变)

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