Question

我國自1970年4月24日成功發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星東方紅1號后，航天技術取得了飛速發(fā)展，至 2004年又成功發(fā)射了一艘載人飛船“神舟”五號.

(1)發(fā)射衛(wèi)星和宇宙飛船的火箭可用二甲肼 (C₂H₈N₂)作燃料，燃燒時跟氧氣反應生成二氧化碳、氮氣和水從噴口噴出.火箭飛行是靠向反方向噴出物質而獲得加速度的，其動力來自于噴出物質的________.

(2)飛船返回地球時，為了保持艙內儀器不受損壞，靠近地面時會放出降落傘進行減速.若返回艙離地面4 km時，速度方向豎直向下，大小為200 m／s，要使返回艙最安全、最理想著陸，則放出降落傘后返回艙應獲得多大的加速度?降落傘產生的阻力應為返回艙重力的幾倍?(設放出降落傘后返回艙做勻減速運動)

Answer 1

思路解析：發(fā)射衛(wèi)星和宇宙飛船是靠火箭產生動力向上加速的，這個動力來源于從火箭尾部向外噴出的高溫高速物質而獲得的.飛船返回地球——回收時，為了保證艙內儀器不受損壞，必須從飛船尾部放出降落傘，增大空氣阻力，使飛船快速減速，以最安全、最理想方式著陸.我們可以將這一實際問題轉換為物理問題.這種過程是：飛船以大小200 m／s、方向豎直向下的速度靠近地面，在距離為4 km的運行中，速度減為零.

答案：(1)火箭飛行時，噴口噴出高溫高速物質是靠火箭箭體對這些物質施給的很大作用力，由牛頓第三定律得，這些物質在受到作用力的同時，也對箭體產生很大的反作用力使火箭加速上升，故填寫反作用力.

(2)飛船返回時，放出降落傘，以飛船為研究對象，受到豎直向下的重力mg和空氣阻力f的作用.最理想、最安全著陸是末速度v_t=0，才不至于著地時與地面碰撞而使儀器受到損壞.

由運動學公式v_t²-v₀²=-2as

變形得a=m/s²=5 m/s²=0.5g

再由牛頓第二定律F_合=f-mg=ma  f=m(g +a)=mg(1+0.5)=1.5 mg

則阻力應為返回艙重力的1.5倍.