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5.2008年9月27日,中國(guó)“神七”宇航員鄭志剛緩步邁出艙門(mén),成為中國(guó)太空行走第一人,一個(gè)連同裝備總質(zhì)量為100kg的宇航員,在距離飛船45m處維修伴飛小衛(wèi)星,宇航員隨身攜帶裝有0.5kg氧氣的貯氣筒,貯氣筒上有一個(gè)可以使氧氣以50m/s速率噴出的噴嘴.宇航員維修完畢后,必須憑借放出適當(dāng)?shù)难鯕獠拍芊祷仫w船,同時(shí)又必須保留一部分氧氣供返回途中呼吸用.已知宇航員每秒要消耗2.5×10-4kg的氧氣,忽略噴出氧氣和宇航員消耗氧氣對(duì)宇航員及其裝備質(zhì)量的影響,則:
(1)宇航員要向什么方向瞬時(shí)噴出多少氧氣才能安全返回飛船?
(2)為了使總耗氧量最低,需一次噴出多少氧氣?

分析 (1)根據(jù)宇航員和貯氣筒及筒中的氧氣動(dòng)量守恒可知,要向宇航員返回的反方向噴出氧氣才能返回飛船,設(shè)射出一次性噴出的氧氣的質(zhì)量m,根據(jù)題意得出宇航員及裝備獲得的反沖速度,再根據(jù)速度公式求出宇航員返回飛船的時(shí)間,結(jié)合一次性噴出的質(zhì)量和宇航員消耗的質(zhì)量之和要小于等于0.5kg求出噴出的氧氣范圍;
(2)根據(jù)題意得出此段時(shí)間內(nèi)宇航員消耗的氧氣和一次性噴出的氧氣質(zhì)量之和的表達(dá)式,根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)求解最小耗氧量.

解答 解:(1)根據(jù)宇航員和貯氣筒及筒中的氧氣動(dòng)量守恒可知,要向宇航員返回的反方向噴出氧氣才能返回飛船,設(shè)噴出氧氣質(zhì)量為m,宇航員的速度為u,則根據(jù)動(dòng)量守恒有:
0=mv-Mu ①
每秒鐘消耗的氧氣m0=2.5×10-4kg,則宇航員返回消耗的氧氣為m′=Lm0u
由于m+m′≤m=0.5kg③
由①②③得vm2-mvm+Lm0M≤0
解得:0.05kg≤m≤0.45kg
(2)根據(jù)①式及②式帶入數(shù)據(jù)得
總耗氧量m=m+m=m+2.25×102m,
當(dāng)m=2.25×102m,即m=0.15kg時(shí),總耗氧量最低.
答:(1)宇航員要向返回的反方向瞬時(shí)噴出范圍為0.05kg≤m≤0.45kg的氧氣才能安全返回飛船;
(2)為了使總耗氧量最低,需一次噴出0.15kg的氧氣.

點(diǎn)評(píng) 本題考查了動(dòng)量守恒定律及速度公式的靈活應(yīng)用,要建立物理模型,理清思路,關(guān)鍵鍵能從題干中得出和理解有用的信息,如所帶氧氣質(zhì)量為m=0.50kg,已知宇航員呼吸的耗氧率為m0=2.5×10-4kg/s等,難度適中.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

16.為了演示大氣壓隨高度而變化的現(xiàn)象,某同學(xué)采用了如圖所示的裝置,圖中A為保溫瓶(容積為2.5L),B為橡皮塞,C為長(zhǎng)約30cm的直角轉(zhuǎn)彎玻璃管(橫截面積為0.125cm2),d是一小段有顏色的水柱,手持保溫瓶,盡量讓玻璃管保持水平,當(dāng)人由下蹲變?yōu)檎玖⒃賹㈦p手舉起的過(guò)程中,管中水柱會(huì)有比較明顯外移,從而顯示了大氣壓隨高度而變化的現(xiàn)象.
(1)當(dāng)該同學(xué)拿著保溫瓶上樓時(shí),發(fā)現(xiàn)每上一層樓,水柱在水平管內(nèi)都會(huì)移動(dòng)相同的距離,由此他判斷出地面附近的大氣壓隨高度h的變化最接近圖(b)中的B(只需填字母,并設(shè)地面大氣壓為760mmHg)

(2)若將玻璃管管口略向下傾斜,大氣壓隨高度h的變化最接近圖A.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

13.如圖所示,在光滑的水平面上,有一質(zhì)量為M=3kg的薄板和質(zhì)量m=1kg的物塊,都以v=4m/s的初速度朝相反方向運(yùn)動(dòng),它們之間有摩擦,當(dāng)薄板的速度為2.4m/s時(shí),物塊的運(yùn)動(dòng)情況是( �。�
A.做加速運(yùn)動(dòng)B.做減速運(yùn)動(dòng)
C.做勻速運(yùn)動(dòng)D.以上運(yùn)動(dòng)都有可能

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

20.2014年12月26日,我國(guó)東部14省市ETC聯(lián)網(wǎng)正式啟動(dòng)運(yùn)行,ETC是電子不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng),汽車(chē)分別通過(guò)ETC通道和人工收費(fèi)通道的流程如圖所示,假設(shè)道路上有并行的甲、乙兩汽車(chē)都以v1=20m/s朝收費(fèi)站正常沿直線(xiàn)行駛,現(xiàn)加成過(guò)ETC通道,需要在某位置開(kāi)始做勻減速運(yùn)動(dòng),到達(dá)虛線(xiàn)EF處處速度正好減為v2=4m/s,在虛線(xiàn)EF與收費(fèi)站中心線(xiàn)之間以4m/s的速度勻速行駛,通過(guò)收費(fèi)站中心線(xiàn)后才加速行駛離開(kāi),已知甲勻減速過(guò)程的加速度大小為a1=1m/s2,虛線(xiàn)EF處與收費(fèi)站中心線(xiàn)距離d=10m,乙車(chē)過(guò)人工收費(fèi)通道,需要在中心線(xiàn)某位置開(kāi)始做勻減速運(yùn)動(dòng),至中心線(xiàn)處恰好速度為零,進(jìn)過(guò)繳費(fèi)成功后再啟動(dòng)汽車(chē)行駛離開(kāi),已知乙車(chē)勻減速過(guò)程的加速度大小為a2=2m/s2,求:
(1)汽車(chē)過(guò)ETC通道時(shí),從開(kāi)始減速到收費(fèi)站中心線(xiàn)過(guò)程中的位移大小;
(2)乙車(chē)比甲車(chē)提前多少時(shí)間到收費(fèi)站中心線(xiàn).

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

10.為研究小燈泡的伏安曲線(xiàn)的特性,選用小燈泡額定值為“3.0V,1.2W”,實(shí)驗(yàn)中有儀器:安培表、伏特表、電鍵、滑動(dòng)變阻器、坐標(biāo)紙、導(dǎo)線(xiàn)
(1)為使加在小燈泡的電壓從零開(kāi)始,能在較大的范圍調(diào)節(jié),滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用怎樣連接?畫(huà)出相關(guān)的電路圖.
(2)請(qǐng)根據(jù)你畫(huà)的電路圖,把圖中的實(shí)驗(yàn)器材連成符合要求的實(shí)驗(yàn)電路.
(3)為使讀數(shù)誤差盡可能小,電壓表的量程應(yīng)選用3V檔,電流表的量程應(yīng)選用0.6檔,為保證實(shí)驗(yàn)安全,測(cè)量范圍不能超過(guò)3V和0.4A,開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)閉合S前,應(yīng)把P移到D端.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

17.矩形滑塊由不同材料的上、下兩層粘合在一起組成,將其放在光滑的水平面上,質(zhì)量為m的子彈以速度v水平射向滑塊.若射擊下層,子彈剛好不射出;若射擊上層,則子彈剛好能射穿一半厚度,如圖所示.則上述兩種情況相比較( �。�
A.子彈的末速度大小相等B.系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量一樣多
C.子彈對(duì)滑塊做的功相同D.子彈和滑塊間的水平作用力一樣大

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

14.一列簡(jiǎn)諧橫波,某時(shí)刻的圖象如圖甲所示,從該時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí),波上A質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象如圖乙所示,則以下說(shuō)法正確的是( �。�
A.這列波沿x軸正向傳播
B.這列波的波速是25m/s
C.質(zhì)點(diǎn)P將比質(zhì)點(diǎn)Q先回到平衡位置
D.經(jīng)過(guò)△t=0.4s,A質(zhì)點(diǎn)通過(guò)的路程為4m
E.經(jīng)過(guò)△t=0.8s,A質(zhì)點(diǎn)通過(guò)的位移為8m

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

15.如圖所示,導(dǎo)體棒ab電阻不計(jì),由靜止開(kāi)始(不計(jì)摩擦)從圖示位置下滑,磁場(chǎng)方向垂直斜面向上,則在此過(guò)程中( �。�
A.導(dǎo)體棒ab做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)
B.導(dǎo)體棒ab下滑的加速度逐漸減小
C.導(dǎo)體棒ab中的感應(yīng)電流逐漸減小
D.導(dǎo)體棒ab下滑至速度達(dá)到最大值時(shí),動(dòng)能的增加量小于重力勢(shì)能的減小量

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