考的新信息點(diǎn)“神舟”“勇氣”“機(jī)遇”三船騰飛

1、高考的新亮點(diǎn)“神舟”“勇氣”“機(jī)遇”三船騰飛 三百年前牛頓發(fā)現(xiàn)了牛頓運(yùn)動(dòng)定律，包括萬有引力定律 這里，我們將體會(huì)萬有引力定律結(jié)合物理規(guī)律，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用。 我們依據(jù)的主要規(guī)律 萬有引力定律、牛頓第二定律及勻速圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律： 2003年10月15日9時(shí)整，火箭在震天憾地的轟鳴中騰空而起，火箭下面涌起滾滾白色煙霧。 問題：面對(duì)眼前的場(chǎng)景你發(fā)現(xiàn)什么問題了嗎？你能夠提出什么問題嗎？ 這滾滾白色煙霧是火箭飛船噴射出來的嗎？ 分析：火箭下面的導(dǎo)流槽一池水起什么作用？ 答案：利用水的柔韌特性，起的是緩沖作用 利用水的蒸發(fā)吸收熱量 利用水吸收有毒氣體，保護(hù)環(huán)境 問題：火箭全長(zhǎng)58.3m，起飛時(shí)總質(zhì)量4

2、79.8t。 火箭能否在真空中起飛？ 火箭向下噴射出高溫高壓氣體， 自身獲得反向推進(jìn)力，可以在真空中起飛。 在開始的10秒內(nèi)火箭與飛船豎直加速起飛。 問題：這一幕使你聯(lián)想到什么？請(qǐng)你提出問題。 問題1飛船的機(jī)械能發(fā)生著怎樣的變化？ 重力勢(shì)能增加，動(dòng)能增加。 問題：飛船增加的機(jī)械能從那里來？ 火箭化學(xué)燃料燃燒釋放的化學(xué)能。 問題：通過什么轉(zhuǎn)化為機(jī)械能？ 功是能量轉(zhuǎn)化的量度通過高速向后噴射的氣體獲得反沖推動(dòng)作用力，推動(dòng)飛船做功。 問題2：起飛過程對(duì)航天員來說最大的考驗(yàn)是什么？超重！ 儀器顯示楊利偉對(duì)座艙的最大壓力達(dá)到其體重的5倍，則這時(shí)火箭的加速度是重力加速度的幾倍？ 設(shè)火箭加速度a，楊利偉所承受

3、的支持力F=5mg F-mg=ma a=4g 問題：如果火箭勻加速運(yùn)動(dòng)，則10秒末的速度？位移？ 問題：火箭飛船整體受到的最大推力? F-Mg=Ma 挑選宇航員，要求他所能夠承受的壓力與其重力的比值K 4<K<12,據(jù)說楊利偉的K=10。如果起飛時(shí)楊利偉所承受的壓力達(dá)到K=10,則飛船的加速度有多大？ 10mg-mg=ma a=9g 10時(shí)許，在“神舟”五號(hào)飛船進(jìn)行環(huán)繞地球第一圈飛行時(shí)，艙內(nèi)環(huán)境正常，楊利偉得到指令，打開面罩，拿著書和筆，當(dāng)他松開手時(shí)，筆在太空立即飄浮起來。這是為什么？ 問題：飛船中的物體不受重力嗎？ 飛船中的物體處于失重狀態(tài)，物體所受重力是使其與飛船一起繞地球運(yùn)動(dòng)

4、的向心力。 “神舟”五號(hào)飛船在距地球200公里到350公里的軌道范圍內(nèi)運(yùn)行橢圓軌道，傾角是42.4度。 問題：飛船在橢圓軌道上飛行，在近地點(diǎn)和遠(yuǎn)地點(diǎn)比較，在什么位置飛行速度快？從力與運(yùn)動(dòng)及能量的角度分析其原因？ 遠(yuǎn)離地球的過程中，受到地球引力作用，使速度減?。灰?duì)飛船做負(fù)功，動(dòng)能減小，勢(shì)能增加，飛船機(jī)械能守恒。 10月15日15時(shí)54分，北京航天指控中心發(fā)出指令，啟動(dòng)“神舟”五號(hào)軌控發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)飛船實(shí)施了變軌控制。飛船繞地球飛行第五周時(shí)飛船變軌程序啟動(dòng)。預(yù)計(jì)飛船從橢圓軌道變成圓軌道，高度是三百多千米。 問題：如果在遠(yuǎn)地點(diǎn)對(duì)飛船實(shí)施了變軌控制，應(yīng)該使飛船加速還是減速？為什么？ 答案：加速。在橢圓

5、軌道上，在遠(yuǎn)地點(diǎn)，速度不夠大，需要的向心力小于飛船在該點(diǎn)的萬有引力，于是在萬有引力作用下做趨心運(yùn)動(dòng)。 18:24“神舟”五號(hào)飛船進(jìn)入第七圈飛行，19:57“神舟”五號(hào)飛船進(jìn)入第八圈飛行。 問題：由原來的橢圓軌道變?yōu)榫嚯x地面高度h=343km的圓軌道。這時(shí)飛船是否在同步軌道上成為同步衛(wèi)星？ 答案：不是，原因： 1. 同步軌道必須在赤道上空 2. 同步軌道的周期為24小時(shí) 3. 同步軌道的高度約為地球半徑的6倍。 問題：關(guān)注地球的半徑R=6.37×103km，在h=343m 圓軌道上，18:24“神舟”五號(hào)飛船進(jìn)入第七圈飛行，19:57“神舟”五號(hào)飛船進(jìn)入第八圈飛行?？梢缘玫绞裁葱畔?？

6、飛船的周期： 1小時(shí)，33分，T=93min=5580s 1. 環(huán)繞半徑 r =R+h 2. 加速度 3. 環(huán)繞速度 問題：能否得到地球的質(zhì)量？ 根據(jù)萬有引力定律 總結(jié)：求天體質(zhì)量或密度時(shí)，首先應(yīng)以此天體作為中心天體，具體求解時(shí)可有兩條思路： F引F向，F(xiàn)引mg 解釋：F引F向，即，得 (其中：M為中心天體質(zhì)量，m為環(huán)繞天體質(zhì)量，T為環(huán)繞天體的繞行周期，r為環(huán)繞天體的軌道半徑) 設(shè)中心天體的半徑為R，則其體積為V 所以 如果環(huán)繞體在中心體表面運(yùn)行，則rR， 所以 F引mg，即mg，得M (其中：g為中心體表面或附近的重力加速度) 設(shè)中心體半徑為R，則體積為V 所以 問題：10月16日5時(shí)35分

7、，北京航天指揮控制中心成功向正在太空運(yùn)行的“神舟”五號(hào)載人飛船發(fā)送返回指令。 返回艙以近8km/s的速度進(jìn)入大氣層，當(dāng)返回艙距地面30km時(shí)，返回艙上的回收發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，相繼完成拉出天線、拋掉底蓋等動(dòng)作。在飛船返回艙距地面20km以下的高度后，速度減為200m/s而勻速下降，此段過程中返回艙所受空氣阻力為f=v2S，式中為大氣的密度，v是返回艙的運(yùn)動(dòng)速度，S為與形狀特征有關(guān)的阻力面積。 （1）根據(jù)以上信息是否可以知道返回艙在速度為200m/s時(shí)的質(zhì)量。 分析：涉及實(shí)際問題的處理，應(yīng)該準(zhǔn)確把握題設(shè)條件及信息，建立物理運(yùn)動(dòng)模型，合理簡(jiǎn)化物理過程及研究對(duì)象，在有關(guān)信息和所求物理量之間通過有關(guān)物理規(guī)律建

8、立聯(lián)系。例如，什么信息會(huì)涉及飛船質(zhì)量問題？“速度減為200m/s而勻速下降，此段過程中返回艙所受空氣阻力為f=v2S” 此時(shí)有平衡條件，阻力與重力平衡，重力與質(zhì)量成正比。 解答：（1）當(dāng)回收艙在速度為200m/s時(shí)，受到重力和阻力平衡而勻速下落，根據(jù)牛頓第二定律 根據(jù)已知條件，得mgv2S0 解得： 。 問題：當(dāng)返回艙距地面高度為10km時(shí)，打開面積為1200m2的降落傘，直到速度達(dá)到8.0m/s后勻速下落。為實(shí)現(xiàn)軟著陸（即著陸時(shí)返回艙的速度為0），當(dāng)返回艙離地面1.2m時(shí)反沖發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，使返回艙落地的速度減為零，（這時(shí)主傘已經(jīng)拋掉）返回艙此時(shí)的質(zhì)量2.7×103kg，取g10m/s

9、2 （2）分析打開降落傘到反沖發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火前，返回艙的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。 在打開降落傘后，空氣對(duì)降落傘的作用力與運(yùn)動(dòng)方向相反，且大于重力，飛船做減速運(yùn)動(dòng)。由于速度減小，阻力減小，飛船做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng)，直到速度減小為8.0m/s的速度后勻速下落。 （3）不計(jì)最后1.2m過程中的空氣阻力，反沖發(fā)動(dòng)機(jī)的平均反推力是多少？反沖發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)返回艙至少做多少功？ 解答：反沖發(fā)動(dòng)機(jī)工作后，反沖力的突然出現(xiàn)，回收倉(cāng)減速，回收艙的速度由8.0m/s減小為0，回收艙受重力和反沖力F作用做勻減速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)位移為h=1.2m。根據(jù)動(dòng)能定理有： 解得F9.9×104N。 反沖發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)返回艙做的功W-Fh-1.2

10、15;105J。 方法總結(jié)：神舟五號(hào)的實(shí)際發(fā)射過程會(huì)非常復(fù)雜，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。但是我們學(xué)習(xí)了有關(guān)規(guī)律，就可以理解，分析有關(guān)過程的物理實(shí)質(zhì)，在理想化的條件下探討問題。 涉及實(shí)際問題的處理，應(yīng)該明確物理圖景、物理過程，準(zhǔn)確把握問題的條件及信息，建立物理運(yùn)動(dòng)模型，合理簡(jiǎn)化物理過程及研究對(duì)象，在有關(guān)信息和所求物理量之間通過有關(guān)物理規(guī)律建立聯(lián)系。 問題：前不久美國(guó)“勇氣號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”飛船先后降落在火星表面，勇氣和機(jī)遇號(hào)的發(fā)射速度應(yīng)該是（ ） （“勇氣號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”是兩個(gè)機(jī)器人，“勇氣號(hào)”于2003年6月1日起飛，于2004年1月4日降落在火星。） A.等于7.9km/s B.大于7.9km/s

11、小于11.2km/s C.大于11.2km/s小于16.7km/s D.大于16.7km/s 答案：C 問題：如果飛船在接近火星表面過程中，繞火星做圓周運(yùn)動(dòng)，測(cè)得飛行速度為v，運(yùn)行一周的時(shí)間為T，則依據(jù)返回的信息： 你能夠估測(cè)出火星的半徑嗎？ 得 能夠估測(cè)出火星的質(zhì)量嗎？ 由 能夠估測(cè)出火星的密度嗎？ 包裹著勇氣號(hào)的氣囊，飛落在火星表面，彈跳起來的高度約為10層樓高，由此你能夠估測(cè)出火星表面的重力加速度嗎？ 總結(jié)：衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)問題是高中物理難點(diǎn)課題之一，有關(guān)問題的正確分析和處理，有賴于對(duì)萬有引力定律、勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度an、線速度v、角速度（或周期T）之間的關(guān)系；及對(duì)發(fā)射速度、環(huán)繞速度的正確理解

12、和認(rèn)識(shí)。 衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力為地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力： （1） 根據(jù)牛頓第二定律及勻速圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律又有： （2） 研究一般勻速圓周運(yùn)動(dòng)的問題，特別是當(dāng)向心力為彈力、靜摩擦力時(shí)，對(duì)（2）式中各關(guān)系進(jìn)行分析討論，可以認(rèn)識(shí)到，它們彼此并不矛盾。當(dāng)v一定時(shí)，F(xiàn)n（an）與r成反比；當(dāng)一定時(shí)（T一定），F(xiàn)n（an）與r成正比。這里由于向心力具有應(yīng)變力特點(diǎn)，它可以根據(jù)需要調(diào)整自己的大小，從而維持確定圓周上不同線速度（角速度）的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 然而此結(jié)論并不適用于衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)問題。因?yàn)樾l(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力Fn，由此決定了Fn、v、（T）之間相互制約，任何一個(gè)均不能獨(dú)立地變化。例如我們不

13、能保證半徑r不變，而獨(dú)立地增大或減小線速度。由： 有： （3） 由： 有： （4） 由： 有： （5） 即在確定的軌道上（r=R地h，h表示高度一定），衛(wèi)星有確定的環(huán)繞線速度，確定的角速度，確定的周期，且r增v減減T增。明確了這些，有關(guān)問題就不難分析和理解了。 問題：地球是人類的搖籃，但是人類不安于永遠(yuǎn)趟在搖籃里。 我國(guó)已經(jīng)制定了神州六號(hào)的登月計(jì)劃。世界上各個(gè)國(guó)家為什么要花費(fèi)大量的人力物力發(fā)展航天事業(yè)？ 為了探索宇宙的奧秘 為了發(fā)展高新科技、科學(xué)事業(yè) 為了發(fā)展經(jīng)濟(jì)、發(fā)展軍事 為了給人類尋找第二個(gè)家園- 神州的未來是我們的，神州未來靠我們支撐，這是我們的責(zé)任，這是我們的機(jī)遇！我們是有勇氣的對(duì)嗎？

14、我們有能力對(duì)嗎？我們應(yīng)該站在高處，看到遠(yuǎn)處，干在實(shí)處?？炭鄬W(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)、再學(xué)習(xí)！【模擬試題】 （1）家用吊扇對(duì)懸掛點(diǎn)有拉力作用，在正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)吊扇對(duì)懸掛點(diǎn)的拉力與它不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)相比 A. 變大B. 變小C. 不變D. 無法判斷 （2）1956年，李政道和楊振寧提出在弱相互作用中宇稱不守恒，并由吳健雄用放射源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。次年李、楊兩人為此獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。的衰變方程是：其中是反中微子，它的電荷為零，靜止質(zhì)量可認(rèn)為是零，則衰變產(chǎn)物的質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)分別為 A. 60，28B. 60，26C. 59，26D. 59，28 （3）用顯微鏡觀察放在水中的花粉微粒的布朗運(yùn)動(dòng)，并追蹤花粉微粒，每隔30s記下花

15、粉微粒的位置，然后用線段依次連接這些位置點(diǎn)，如圖所示，則 A. 圖中花粉微粒位置點(diǎn)的連線就是花粉微粒無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的徑跡 B. 圖中花粉微粒位置點(diǎn)的連線就是水分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的徑跡 C. 此圖說明了花粉分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng) D. 花粉微粒的布朗運(yùn)動(dòng)是水分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)對(duì)花粉微粒碰撞造成的 （4）如圖所示，將懸線拉至水平位置無初速釋放，當(dāng)小球到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)，細(xì)線被一與懸點(diǎn)在同一豎直線上的光滑小釘子B擋住，對(duì)懸線被釘子擋住的前后瞬間進(jìn)行比較（不計(jì)空氣阻力，且細(xì)線未斷），則 A. 小球的機(jī)械能不變 B. 小球的動(dòng)能減小 C. 懸線的張力變小 D. 小球的向心加速度變小 （5）在地球赤道地區(qū)，宇宙射線中一顆帶負(fù)電的

16、粒子豎直射向地面，它受到地球的磁場(chǎng)力方向?yàn)?A. 向東B. 向西C. 向南D. 向北 （6）甲、乙兩種單色光分別垂直于界面由空氣射入厚玻璃磚中，已知它們?cè)诓ＡТu中通過的時(shí)間，那么兩種單色光的光子的能量關(guān)系是 A. B. C. D. 無法確定 （7）如圖所示，a、b為交流電源的輸入端，c、d為輸出端，則輸出電壓大于輸入電壓的電路是 （8）一登山運(yùn)動(dòng)員用一單擺測(cè)量某山的海拔高度。操作如下：當(dāng)他在海平面時(shí)，在一定時(shí)間內(nèi)測(cè)出單擺全振動(dòng)的次數(shù)為N次，當(dāng)他到達(dá)山頂后，讓單擺振動(dòng)起來，在相同的時(shí)間內(nèi)測(cè)出全振動(dòng)的次數(shù)為N1次，則此山的海拔高度為（已知地球的半徑為R，地球看作為質(zhì)量均勻分布的球體） A. B.

17、C. D. （9）用以下儀器，盡可能精確地測(cè)量待測(cè)電阻Rx的阻值：A. 電動(dòng)勢(shì)E=3V、內(nèi)阻r<1的電源一個(gè) B. 內(nèi)阻Rv=30k，刻度如圖的電壓表一個(gè) C. 開關(guān)一個(gè) D. 電阻值在10k20k范圍內(nèi)的待測(cè)電阻Rx一個(gè) E. 導(dǎo)線若干 求：電壓表的滿偏電流Ig=_A。 在下邊的線框內(nèi)畫出測(cè)量待測(cè)電阻Rx阻值的實(shí)驗(yàn)電路原理圖。 待測(cè)電阻Rx的表達(dá)式為： Rx=_。（注明每個(gè)物理量的意義和符號(hào)） Rx的阻值在1020范圍內(nèi)時(shí)，仍使用這組儀器，能夠用這種方法測(cè)量嗎？ 答：_（選填“能”或“不能”）。 （10）將金屬塊m用壓縮的輕彈簧卡在一個(gè)矩形箱中，如圖所示，在箱的上頂板和下底板裝有壓力傳

18、感器，箱可以沿豎直軌道運(yùn)動(dòng)。當(dāng)箱以a=2.0m/s2的加速度豎直向上做勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，上頂板的傳感器顯示的壓力為6.0N，下底板的傳感器顯示的壓力為10.0N。（取g=10m/s2） 求：金屬塊m的質(zhì)量是多大？若上頂板傳感器的示數(shù)是下底板傳感器的示數(shù)的一半，則箱子的加速度是多大？ （11）如圖所示，在半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。三個(gè)點(diǎn)P、M、N均勻地分布在圓周上，有三對(duì)電壓相同、相距為d的平行金屬板，它們分別在這三點(diǎn)與圓相切，而且在相切處的極板上分別留有縫隙。一個(gè)質(zhì)量為m，帶電量為+q的粒子，從點(diǎn)Q由靜止開始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間恰能回到點(diǎn)Q（不計(jì)重力）。 在圖上標(biāo)出各極板的正負(fù)，并求出每對(duì)平行金屬板上應(yīng)加的電壓為多少？