Question

2011年9月29日，“天宮一號(hào)”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，我國航天事業(yè)再上一個(gè)臺(tái)階；如圖所示，“天宮一號(hào)”飛行器全長10.4米，最大直徑3.35米，由實(shí)驗(yàn)艙和資源艙構(gòu)成，總質(zhì)量約為8.5t．（g=10N/kg）
（1）“天宮一號(hào)”在地球表面所受重力是多少？
（2）氫是火箭發(fā)射時(shí)最理想的燃料，請(qǐng)說明理由（至少說明兩點(diǎn)理由）．
（3）若不考各種能量損失及重力常數(shù)g的變化，利用火箭將“天宮一號(hào)”豎直發(fā)射進(jìn)入350km高度的軌道，至少需要克服“天宮一號(hào)”重力做多少功？
（4）若“天宮一號(hào)”發(fā)射的能量全部由燃燒熱值為14×10⁷J/kg的氫提供，則至少需要完全燃燒多少kg的氫？
（5）據(jù)媒體報(bào)道，“天宮一號(hào)”發(fā)射時(shí)，“長征2號(hào)”F火箭的總質(zhì)量約500t，其中液體燃料的質(zhì)量高達(dá)450t，這與我們計(jì)算的所需燃料質(zhì)量相差甚遠(yuǎn)，請(qǐng)聰明的你來解釋其中的奧妙．

Answer 1

分析：（1）直接根據(jù)G=mg即可求出“天宮一號(hào)”在地球表面所受的重力；
（2）熱值是指單位質(zhì)量的某種物質(zhì)完全燃燒后釋放的能量．根據(jù)火箭的原理來做判斷；
（3）根據(jù)W=Gh即可求出至少需要克服“天宮一號(hào)”重力所做的功；
（4）已知至少需要克服“天宮一號(hào)”重力所做的功，根據(jù)W=Q=mq即可求出至少需要完全燃燒氫的質(zhì)量；
（5）“天宮一號(hào)”發(fā)射時(shí)，燃料提供的熱量不僅需要克服重力做功，還要克服摩擦，還有一部分能量散失掉，據(jù)此分析解答．

解答：解：（1）“天宮一號(hào)”在地球表面所受的重力：G=mg=8.5×10³kg×10N/kg=8.5×10⁴N；
（2）運(yùn)載火箭采用液態(tài)氫做為火箭的燃料，原因是液態(tài)氫的體積小，熱值大；
（3）至少需要克服“天宮一號(hào)”重力做的功：W=Gh=8.5×10³kg×3.5×10⁵m=2.975×10⁹J；
（4）∵W=Q=mq
∴至少需要完全燃燒氫的質(zhì)量：m=

Q

q

=

2.975×109J

14×107J/kg

=21.25kg；
（5）“天宮一號(hào)”發(fā)射時(shí)，燃料產(chǎn)生的熱量不僅克服重力做功，還要克服摩擦，還有一部分能量散失掉，同時(shí)燃料也不能充分燃燒，因此所需燃料質(zhì)量遠(yuǎn)大于計(jì)算得到的質(zhì)量．
答：（1）“天宮一號(hào)”在地球表面所受重力是8.5×10⁴N；
（2）液態(tài)氫的體積小，熱值大；
（3）至少需要克服“天宮一號(hào)”重力做2.975×10⁹J的功．
（4）若“天宮一號(hào)”發(fā)射的能量全部由燃燒熱值為14×10⁷J/kg的氫提供，則至少需要完全燃燒21.25kg的氫；
（5）“天宮一號(hào)”發(fā)射時(shí)，燃料產(chǎn)生的熱量不僅克服重力做功，還要克服摩擦，還有一部分能量散失掉，同時(shí)燃料也不能充分燃燒，因此所需燃料質(zhì)量遠(yuǎn)大于計(jì)算得到的質(zhì)量．

點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查了重力、熱量、功的計(jì)算、熱值的含義以及燃料燃燒熱量的走向等，難度不大，關(guān)鍵是能夠從題中找出有用的信息．