第３０卷总第４４２期 物理教学探讨 Ｖｏ１．３０ ＮＯ．４４２ ２０１２年第４期（上半月） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｔｅａｃｈｉｎｇ （Ｓ）４．２０１２．６１． 以天 宫一号和神 口 －：， Ｉ’Ｈ’１个 舟飞船为背景的一组试题 吕迎春 张掖市金牒中学，甘肃张掖７３４０００ 摘要：本文以天宫一号和神州飞船为背景设计了一组试题。主要在于引导同学们关注社会热点问题，同时预测了 今年高考可能考察的方向，对积极备考的师生以启迪。 关键诃：天宫一号；物理试题；交会对接 中图分类号：Ｇ６３３．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—６１４８（２Ｏ１２）４（Ｓ）一００６１—２ 天宫一号（Ｔｉａｎｇｏｎｇ一１或Ｈｅａｖｅｎｌｙ Ｐａｌａｃｅ １１ 背景材料１ 天宫一号在天空运行中，由于 是中国首个目标飞行器，于２０１１年９月２９日 大气阻力和引力的影响，轨道会逐渐改变，为了 ２１时１６分３秒在酒泉卫星发射中心发射，由长 保持天宫一号在一定的轨道上运行，必须要对其 征二号ＦＴ１火箭运载．火箭全长５２米，运载能力 进行“轨道维持”。 为８，６吨。天宫一号设计在轨寿命两年。由于天 题目１ 设质量为ｍ的天宫一号先在半径 宫一号是空间交会对接试验中的被动目标。所以 为ｒ 的轨道上运行，之后轨道半径变为ｒ ，若地 叫“目标飞行器”（Ｔａｒｇｅｔ ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ，天宫一号的 球质量为 ，取无穷远处的万有引力势能为零， 主要任务之一即为实施空间交会对接试验提供 轨道半径为ｒ处的万有引力势能Ｅｐ＝一ＧＭｍ／ｒ．试 目标飞行器）。而之后发射的神舟系列飞船，将称 求： 作“追踪飞行器”，人轨后主动接近目标飞行器． １）判断ｒ 与１＂２的大小； 天宫一号的发射标志着中国迈人中国航天“三步 ２）计算该过程中万有引力势能的改变量； 走”战略的第二步第二阶段（即掌握空间交会对 ３）求在这一过程中大气阻力所做的功． 接技术及建立空间实验室）；同时也是中国空间 解析：１）由于天宫一号运行中要克服大气阻 站的起点．标志着我国已经拥有建立初步空间 力做功，速率减小，万有引力大于所需向心力，做 站，即短期无人照料的空间站的能力。据相关专 向心运动，故ｒ 大于ｒ２。 家透露，天宫一号在寿命末期，将主动离轨，陨落 ２）ＡＥｐ＝ ２－Ｅｐ１＝ＧＭｍ／ｒ１一ＧＭｍ／ｒ２。 南太平洋。 ３１由万有引力提供向心力知 疵夸 》－出， 妇—女妇 ．Ｎｅ，自 §培毒拓—垂 船矗 垂 ’ 妇 、ｅ妊 龆’： ’女 毒 ’ 窖逝妇宣 逝毫｛窖出妇逝如．ｅｌｃｃ．￣ｅ．ｓｅｒｅ ≥ 窜妇专妇！》 窖 妇ｓ 女拓｝ 距７ｅｍ放置，泡沫条置于极板之间（不与板面接 发光。说明电容器放电过程把存储的电能转化为 触）．起电机的两放电球分别与两极板接触（也可 光能。 用导线连接）。摇动起电机，向电容器充电，然后 ５ 结束语 断开电容器与起电机的连接，可看到泡沫条仍然 由于平行板电容器的开放性结构和直观明 能保持水平横向状态。说明两极板存储了电荷。 了的充、放电现象，所以在本节教学中。如果先演 ２）电容器放电。用导体把已充电的两极板短 示平行板电容器的充、放电现象，然后再按教材 接．可听到“啪”的放电声响，同时可看到泡沫条 图示演示成品电容器（如电解电容器）的充、放电 由水平横向旋转至自然下垂状态。说明两极板由 现象，将有助于学生掌握电容器的构造和充、放 带电状态因放电过程而不带电了。再让起电机给 电原理。 电容器充电．充电后电容器保持与起电机连接 参考文献： （利用莱顿瓶存储的电荷，增强两极板之间的电 【１１罗星凯．低成本、高智慧的物理实验欣赏Ｕ】．物理教学 能），把放电显示装置（氖管或节能灯显示装置） 探讨．２０００（９）：１－３． 的导体与两极板接触。可看到氖管或节能灯闪亮 （栏目编辑王柏庐） Ｖｏ１．３０ ＮＯ．４４２ 物理教学探讨 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｔｅａｃｈｉｎｇ 题目３ “交 第３０卷总第４４２期 ２０１２年第４期（上半月） Ａ Ｂ （Ｓ）４．２０１２．６２ ＧＭｍ／ｒ２＝ｍ１３２／ｒ１ 同理Ｇ １万一 ＝ 蒯＝删：／ｒ２ ２会对接”是一项十 分复杂的技术问 由动能定理得 １ 题，在不考虑非惯 ２。 图１ 一性系等的情况下可以近似简化看作如下模型。如 代入解得 一＿ 删２＋ 删１＋ 万＝ＧＭｍｌ２ｒ２－ＧＭｒｒｄ２ｒ１。 图ｌ，质量为 的物体 以速度 。与处于光滑 平面上静止带有锁定装置的轻弹簧进行碰撞，弹 簧与物体Ｂ相连接。Ｂ的质量为 碰撞后，锁定 装置瞬间将４与弹簧锁定。假设碰撞和锁定时间 背景材料２“空间交会对接”，简称“交会对 接”，是建立空间站最基本最关键的技术，其原理 是通过轨道参数的协调，让两个或两个以上的航 天器在同一时间到达太空同一位置，然后再通过 专门的对接机构将其连为一个整体。神舟八号在 天宫一号之后发射，首先要用运载火箭将它送入 与天宫一号相同的轨道。而神舟八号要追上天宫 一号，也不能像汽车或飞机那样，对准目标加速 飞去。“因为追踪船一旦加速，它就离开原来轨 道．进入另外一条较高的椭圆轨道。” 题目２要使处于同一轨道上的神舟八号追 上天宫一号，你认为应该加速还是减速？追上之 后它们处在不同的轨道上，通过多次调整它们才 能实现“交会对接”．要实现“交会对接”你认为应 该加速还是减速？ 解析要处于同一轨道上的神舟八号追上天 宫一号，为了缩短距离，神舟八号应该减速，使自 己进入一条比原轨道略低的椭圆轨道，使轨道周 期缩短。这样，两艘船各自绕地球运行的同时，相 互间的距离就会缩短。追上之后它们处在不同的 轨道上．必须让神舟八号加速才能实现“交会对 接”，因为此时神舟八号处在较低的轨道上，只有 加速才能做离心运动，让它们调整到同一轨道实 现“交会对接” 背景材料３当神舟八号上的接近敏感器 测出与天宫一号的距离已缩短到只有几十厘米， 相对速度小于几十厘米／秒。两船的纵轴对齐时， 就会发出对接信号，对接最终进行。“两艘飞船上 的撞锁打开，两船碰撞，然后从两船分别伸出滑 轨，对接机构接触、啮合、锁定”，此后完成各种管 道、线路的连接。天宫一号与神舟八号对接成功 之后，还有一个脱开和分离过程，这也属于交会 对接的技术范畴。分离时，首先将对接机构解锁， 使两艘飞船脱开。再启动冷气推进器，产生分离 速度。同时启动两艘飞船的姿控和轨控系统。保 证神舟八号按预定要求撤离。 极短，碰撞过程中没有能量损失。求：（１）锁定后 弹簧的最大弹性势能。（２）在锁定后的运动过程 中，当物体日速度达到最大值时解除锁定（设解 除锁定过程中没有机械能损失），则物体口解除 锁定后的速度是多少？ 解析（１）Ａ与弹簧及物体 碰撞并锁定过 程中动量守恒，锁定瞬间 的速度大而Ｂ的速 度小，弹簧被压缩，在弹簧弹力作用下，Ａ开始减 速， 开始加速，直到Ａ、８达到共同速度前，弹簧 弹性势能一直增大，当／４、Ｂ达到共同速度时，弹 簧弹性势能具有最大值。则由动量守恒定律得： ｍｙ＝ ＋ｍ）ｖ共 共＝ｍｖ／（Ｍ＋ｍ） ｍ＝，舢２／２一 ｍ）ｖ共２／２＝Ｍｍｖ２／２（ ＋ｍ） （２）当 的速度等于 的速度时， 、 之间 距离最小，弹簧压缩量最大。此后弹簧压缩量减 小，但Ａ仍做减速运动，Ｂ仍做加速运动。直到弹 簧恢复原长时，Ａ的速度达到最小值， 的速度 达到最大值。则由动量守恒定律得： ｍｙ＝ｍｙｌ 勃２ 由机械能守恒定律得： ｍｙ２１２＝砌 ／２＋ ；／２ 联立解得： ｌ＝（ｍ一 ／（ｍ＋ ２＝２ｍｖｌ（ｍ＋Ｍ）。 神舟八号与天宫一号交会对接成功，实现了 空问交会对接关键技术突破。后续任务重点是全 面掌握空间交会对接技术，解决有一定规模、短 期有人照料的空间应用问题，为建造空间站，在 太空搭建有人参与的科学技术创新试验平台做 准备。首次交会对接任务成功，为国人打开了眺 望未来的窗口。 参考文献： ［１】赵峥．中学物理教学应该融入天文学知识Ｕ】．物理教学 探讨．２００３（２）：１０３． （栏目编辑王柏庐）
