1994年,科學家曾在“亞特蘭蒂斯”號航天飛機上進行過一項利用金屬纜繩發(fā)電的試驗.在航天飛機正常飛行時,從機上對準地心發(fā)射一根長20km的金屬纜繩,設(shè)航天飛機的飛行高度為300km,速度為7.7×103m/s,地球半徑為6400km.根據(jù)設(shè)計要求,該金屬纜繩中能產(chǎn)生3A電流.然而該項試驗由于纜繩斷裂只取得部分成功.
(1)該項試驗纜繩能提供3000V電壓,試估算纜繩發(fā)電能提供多大功率?
(2)試說明為什么它能用纜繩發(fā)電?
(3)試計算若按設(shè)計要求,航天飛機繞地球飛行一周可獲得的電能多大?
(4)這次試驗雖失敗了,但由此您對開發(fā)太空有何設(shè)想?
(1)依題意,按設(shè)計要求該項試驗纜繩能提供的輸出功率P=UI=3000×3W=9kW (2)首先要建立一個簡單的基本物理模型,在航天飛機飛行過程中,向地心射出的一根纜繩雖有20km長,但跟飛機與地心的距離(6400+300)km相比較,可認為這段繩具有和航天飛機相同的速度,還可認為在這一區(qū)域地磁場分布是均勻的,這樣,就可把一個比較復雜的實際問題簡化成:“一段直導體在勻強磁場中勻速切割磁感線運動”的熟悉的常規(guī)模型,因而金屬纜繩能產(chǎn)生感應(yīng)電流從而能發(fā)電 (3)航天飛機繞地球一周所需時間 t= 能獲得電能E=W=Pt=5×107J |
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