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1、解读“神舟”号飞船2005年10月12日9时，神舟六号飞船一飞冲天，再次把中国人的“巡天遥看一天河”的陆地梦想变成“手可摘星辰、揽明月”的太空现实。航天员费俊龙、聂海胜架乘神舟六号飞船在近五天五夜、约3.25106km的太空飞行中，成功地进行了窜越轨道舱和返回舱、工效学评价、生物医学实验、轨道舱飞船设备操作等一系列空间科学实验，于2005年10月17日凌晨4时33分返回并安全降落在内蒙古四子王旗主着陆场，返回舱实际着陆点根理论着陆点相差仅1km。一、分析天体运动的方法1、把天体运动近似看作圆周运动，它所需要的向心力由万有引力提供，即2、在地球表面附近，可近似认为重力等于万有引力。即由此可得地球
2、表面附近的重力加速度为二、解决天体问题的常用公式主要公式开普勒第三定律万有引力定律中心天体质量环绕天体的运动速度导出公式中心天体密度为 （其中r为环绕天体到中心天体中心的距离，R为中心天体半径）环绕天体的运动周期角速度 补充公式在不考虑地球自转的情况下有三、用天体运动知识解读“神六”在发射与在轨运行、轨道维持、回收过程的物理问题1、“神舟”飞船的发射与在轨运行例1、“神舟”六号飞船点火发射时，飞船处于一个加速过程，在加速过程中宇航员处于超重状态。人们把这种状态下宇航员对座椅的压力FN与静止在地球表面时的重力mg的比值称为耐受力值。假设宇航员费俊龙和聂海胜在超重状态下的耐受力值的最大值分别为k=
3、8和k=7，已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，试求飞船带着这两名宇航员竖直向上发射时的加速度a的最大值为多少？【解析】以宇航员为研究对象，其受重力mg、座椅对他的支持力FN作用，根据牛顿第三定律 FN=FN根据牛顿第二定律有 FN-mg=ma 又由题意可得 由以上各式解得 a=(k-1)g为保证两名宇航员在竖直向上发射时不超过其耐受力值，k应取较小的值，于是a=(7-1)9.8m/s2=58.8m/s2例2、2005年10月12日9时9分52秒，“神舟”六号飞船以7.5km/s的速度在我国黄海上空200km高处进入预定椭圆轨道1（如图所示），飞船的入轨椭圆轨道近地点Q距地球表面200k
4、m，远地点P距地球表面347km。15时14分45秒，神舟六号飞船在轨道1上运行5圈后推进舱发动机在P处点火，飞船开始变轨，变轨后飞船将在距地面约343km的圆形轨道上飞行直至返回。下面判断正确的是（ ）A、飞船在轨道1上由点Q向点P运动的过程中速率越来越小B、飞船在轨道2上经过P的速率等于在轨道1上经过点P速率C、飞船在轨道1上经过P的速率小于在轨道2上经过点P速率D、飞船在轨道1上经过Q的加速度大于在轨道1上经过点P的加速度【解析】 由点Q向点P运动的过程中万有引力做负功，速率越来越小，选项A正确；由图知卫星在轨道1上经过P的曲率半径1小于在轨道2上经过点P的曲率半径2=r，根据牛顿第二定
5、律得，因为1rQ，由知，飞船在轨道1上经过Q的加速度大于在轨道1上经过P点的加速度，选项D正确。例3、地球赤道上有一物体随地球自转而作圆周运动，所受向心力为F1，向心加速度为a1，线速度为v1，角速度为1；绕地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星所受的向心力为F2，向心加速度为a2，线速度为v2，角速度为2；神舟六号飞船（距地面高度343km）所受向心力为F3，相信加速度为a3，线速度为v3，角速度为3，地球表面加速度为g，第一宇宙速度为v，假设三者质量相等，则（ ）A、F1=F2F3 B、a1=a2= ga3 C、v1=v2=vv3 D、231【解析】所以选项A、B、C错；由知r入额大，角速度
6、越小，则32，又因为地球的自转角速度与地球同步卫星的角速度相同，同步卫星的轨道高度约3.6106km，其轨道半径大于神舟六号飞船的轨道半径，所以31，故选项D正确。例4、2005年10月12日15时54分45秒，神舟六号飞船推进舱发动机点火，飞船开始变轨，飞船近地点距离不断抬高，变轨后飞船轨道接近圆形，飞船将在这一圆形轨道上飞行直至返回。已知飞船在这一圆形轨道上与转一圈用时间为90分钟，试求这一轨道离地面的高度。（地球半径为R=6370km，地球表面重力加速度为g=10m/s2）【解析】设地球、飞船的质量分别为M和m，万有引力常量为G，飞船离地面的高度为h，则所以 例5神舟六号飞船在预定轨道上
7、飞行，每转一圈需要时间为90分钟，每圈飞行路程约为4.2104km（1）是根据以上数据估算地球的质量和密度。（地球半径R=6.37103km，万有引力常量G取6.6710-11Nm2/kg2）（2）假设飞船沿赤道平面自西向东飞行，飞行员会看到太阳从东边还是西边出来？如果太阳直射赤道，试估算飞行员每天能看到多少次日出日落？飞船每转一圈飞船看不见太阳的时间有多长？（已知cos8.20=0.95）【解析】（1） （2）地球自西向东旋转，飞船沿赤道自西向东飞行，飞行员会看到太阳从东边出来。地球自转周期为24h，地球自转一周，飞船运转2460/90=16圈，飞船运转一周能看一起日出日落，所以飞行员每天能
8、见到16期日出日落。飞船转到地球的背影区飞行员就看不到太阳（如图所示），故飞行员每转一圈看不见日出的的时间为 2、飞船变轨例6、神舟六号飞船升空后，进入近地点距地心为r1，远地点距地心为r2的椭圆轨道。2005年10月12日15时54分45秒，神舟六号飞船推进舱发动机点火，飞船开始变轨，飞船在远地点时，将质量为m的燃气以一定的速度向后喷出后，飞船改做半径为r2的圆周运动已知地球表面处加速度为g，飞船在近地点速度为v1，飞船总质量为m摄距地球无穷远处为引力势能零点，则距地心为r、质量为m的物体的引力势能为（其中M为地球质量，G为万有引力常量，M、G解题时均按未知量处理）。飞船在椭圆轨道上运动时，
9、机械能守恒。求飞船在远地点时，应将m的气体乙相对于地球多大的速度v0向后喷出才能进入半径卫r2的圆轨道（已知地球半径为R，底面重力加速度为g）【解析】飞船在椭圆轨道上运行，机械能守恒。设飞船在远地点的速度为v2，则 地面附近 联立式得 设飞船在圆轨道上运行的速度为v3，则 由动量守恒定律得 mv2=(m-m)v3 -mv0 由得 3轨道维持例7、飞船受大气阻力和地球引力的影响，飞船飞行轨道会逐渐下降，脱离预定圆轨道。为确保正常飞行，飞行控制专家按预定计划，决定在神舟六号飞船飞行到第30圈时，对飞船轨道进行微调，使其轨道精度更高。在轨道维持的过程中下列说法正确是（ ）A、因为飞船在较高轨道所具有
10、的运行速度比较低轨道具有的运行速度小，所以飞船在轨道维持时必须减速B、在飞船由较低轨道向较高轨道运行的过程中飞船的势能增加C、飞船必须先瞬时加速使飞船脱离较低的圆轨道，当飞船沿椭圆轨道运动到较高轨道时，在瞬时加速使飞船进入预定圆轨道。D、飞船的轨道半径、动能、动量及运行周期较维持之前都有一定程度的增大【解析】飞船要脱离较低轨道向较高轨道转移，必先短时间加速才能做离心运动，所以选项A错。飞船在由较低轨道向较高轨道运行过程中，万有引力对飞船做负功飞船的势能增加，所以选项B正确。飞船先加速脱离较低的圆轨道沿椭圆轨道运动，由于万有引力对飞船做负功，飞船的动能减小，当飞船达到椭圆远地点时，在加速进入预定
11、圆轨道，所以选项C正确。轨道维持是飞船由已经降低到的较低轨道再回到预定圆轨道，轨道半径增大，由得，即轨道半径越大，环绕速度越小，飞船的动能动量都减小。，即轨道半径越大，绕行周期越大，所以选项D错。4、飞船回收例8、当神舟六号飞船在太空运行最后一圈时，测控指挥部向飞船发出返回指令，飞船进入制动飞行阶段飞船第一次调整飞行姿态，先逆时针转900竖立，轨道舱与返回舱分离，分离后的轨道舱继续在轨飞行并进行科学实验，接着分离后的回收舱继续逆时针转900，再次调整姿态，使尾部朝向飞行方向，飞船按程序点燃制动发动机，完成立柜操作任务，进入返回轨道。制动发动机点火时间必须精确控制，点火时间相差1s，就会使飞船落
12、地点位置相差9km。飞船在制动返回时，以下说法正确的是（ ）A、飞船点燃制动发动机是为了将飞船绕地飞行速度减小到零而让飞船作自由落体运动。B、飞船在返回大气层的过程中，飞船的机械能主要通过大气阻力做功转化为内能逐渐减少的C、轨道舱在脱离返回舱后，如果不在补充能量，则由于空气阻力作用谷道舱的机械能逐渐减小D、飞船按程序使尾部朝向飞行方向，点燃制动发动机，是利用了反冲原理 【解析】飞船点燃制动发动机是利用反冲原理将飞船绕地飞行速度减小，完成立柜操作任务，从而进入返回轨道 。故选B、C、D。例9、在神舟六号飞船返回地面的过程中，离地面距离约80km时，返回舱以8km/s的速度飞行，在此后的一段时间里
13、，地面与其失去无线电联系，这就是“黑障”，产生“黑障”的原因（ ） 答案：DA、为了使飞船安全返回，飞船上关闭了无线电信号B、飞船作自由落体运动无法发射信号C、地球表面各种电磁波的干扰D、飞船与大气剧烈摩擦产生高温飞船表面形成等离子体屏蔽层，使飞船无法与地面联系例10、“神舟”六号飞船自12日9时上天，厉经5天5夜于17日凌晨安全返回主着陆场。飞船在返回过程中，当飞船返回舱下降到距地面大约10km高度时，返回舱上的静高压控制器通过测量大气压力判定高度，自动打开伞舱盖，首先带出引导伞，引导伞再拉出减速伞，此时返回舱的速度大约180m/s，第一次打开减速伞8s后返回舱速度减为80m/s左右，然后第
14、二次打开主伞使飞船速度进一步减小，最终减小到10km/s。假设敌次打开减速伞后飞船作匀减速运动，试估算航天员费俊龙、孽海胜在第一次打开减速伞到第二次打开主伞的过程中所承受的载荷值（即所授支持力与自身重力之比值g=10m/s2）【解析】 假设敌次打开减速伞后飞船作匀减速运动，飞船的加速的为由牛顿第二定律得 得 例11、为了实现返回舱安全着陆，在飞船即将着陆的一瞬间，飞船距地面约1m时，安装在返回舱底部的四台发动机同时点火工作，使返回舱的速度由10m/s降到2m/s。假设返回舱质量为M，减速时间为t，试求返回舱在这段时间内所受到平均阻力。【解析】 以返回舱为研究对象，应用动量定理得 则 5、太空行走例12、2007年我国航天员将实行太空行走，到那时总国的航天技术将实现新的跨越性发展。设想航天员连同装备的总质量M=100kg，在距离飞船45m处于飞船处于相对静止状态，航天员背着装有质量为m0=0.5kg氧气的贮气筒，同上有一个可以使氧气以v=50m/s得速度喷出的喷嘴，航天员必须向着返回飞船相反的方向放出氧气，才能回到飞船，同时又必须保留一部分气体供途中呼吸用。航天员的耗氧率为Q=2.510-4kg/s，不考虑喷出气体对航天员及设备总质量的影响，求：（1）瞬时喷出多少氧气，航天员才能安全返回飞船？（2）航天员安全返回到飞船的最长和最短时间分别为多少？（3）
