Question

2011年9月29日，“天宫一号”在酒泉卫星发射中心成功发射，我国航天事业再上一个台阶；如图所示，“天宫一号”飞行器全长10.4米，最大直径3.35米，由实验舱和资源舱构成，总质量约为8.5t．（g=10N/kg）
（1）“天宫一号”在地球表面所受重力是多少？
（2）氢是火箭发射时最理想的燃料，请说明理由（至少说明两点理由）．
（3）若不考各种能量损失及重力常数g的变化，利用火箭将“天宫一号”竖直发射进入350km高度的轨道，至少需要克服“天宫一号”重力做多少功？
（4）若“天宫一号”发射的能量全部由燃烧热值为14×10⁷J/kg的氢提供，则至少需要完全燃烧多少kg的氢？
（5）据媒体报道，“天宫一号”发射时，“长征2号”F火箭的总质量约500t，其中液体燃料的质量高达450t，这与我们计算的所需燃料质量相差甚远，请聪明的你来解释其中的奥妙．

Answer 1

分析：（1）直接根据G=mg即可求出“天宫一号”在地球表面所受的重力；
（2）热值是指单位质量的某种物质完全燃烧后释放的能量．根据火箭的原理来做判断；
（3）根据W=Gh即可求出至少需要克服“天宫一号”重力所做的功；
（4）已知至少需要克服“天宫一号”重力所做的功，根据W=Q=mq即可求出至少需要完全燃烧氢的质量；
（5）“天宫一号”发射时，燃料提供的热量不仅需要克服重力做功，还要克服摩擦，还有一部分能量散失掉，据此分析解答．

解答：解：（1）“天宫一号”在地球表面所受的重力：G=mg=8.5×10³kg×10N/kg=8.5×10⁴N；
（2）运载火箭采用液态氢做为火箭的燃料，原因是液态氢的体积小，热值大；
（3）至少需要克服“天宫一号”重力做的功：W=Gh=8.5×10³kg×3.5×10⁵m=2.975×10⁹J；
（4）∵W=Q=mq
∴至少需要完全燃烧氢的质量：m=

Q

q

=

2.975×109J

14×107J/kg

=21.25kg；
（5）“天宫一号”发射时，燃料产生的热量不仅克服重力做功，还要克服摩擦，还有一部分能量散失掉，同时燃料也不能充分燃烧，因此所需燃料质量远大于计算得到的质量．
答：（1）“天宫一号”在地球表面所受重力是8.5×10⁴N；
（2）液态氢的体积小，热值大；
（3）至少需要克服“天宫一号”重力做2.975×10⁹J的功．
（4）若“天宫一号”发射的能量全部由燃烧热值为14×10⁷J/kg的氢提供，则至少需要完全燃烧21.25kg的氢；
（5）“天宫一号”发射时，燃料产生的热量不仅克服重力做功，还要克服摩擦，还有一部分能量散失掉，同时燃料也不能充分燃烧，因此所需燃料质量远大于计算得到的质量．

点评：本题综合考查了重力、热量、功的计算、热值的含义以及燃料燃烧热量的走向等，难度不大，关键是能够从题中找出有用的信息．