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太陽帆是一種不帶機械動力裝置的輕便航天器,它像帆船利用風的壓力前進一樣,利用太陽光和太陽風的壓力,作用在帆上來加速飛行.那么,光有壓力嗎?回答是肯定的.當彗星飛近太陽時,彗星上的部分物質升華和蒸發(fā)為氣體,形成一條總是背向太陽的尾巴,就曾被認為是太陽光的壓力作用的結果(后來弄清楚主要是太陽風作用的結果).從理論上來說,光是光子形成的,每個光子都有一定的能量.當光子撞在帆上被吸收時,這就是光的壓力.如光子被反射,壓力還會增加.當然,光壓是非常小的.在地球上,一個絕對黑體,即光被完全吸收的物體,每平方米上大約只受到2.5×10-6N的光壓.但在太空真空中,太陽光壓仍能發(fā)揮作用.早在20世紀20年代,齊奧爾科夫斯基就提出了太陽帆的概念.光壓雖然很小,但可以長期不間斷地作用.理論研究表明,在進入太空的航天器上拉起一張巨大的帆,可為航天器提供足夠的動力.如果帆面(看成正方形)邊長300米,可使500千克的航天器從靜止開始沿半橢圓軌道,經200天的加速飛到火星.如果帆面邊長增大到2000米,則可使5噸的飛船飛離太陽系.?
看完這篇文章,提起了小明的探究興趣,小明想進一步研究力和運動之間的關系,于是他設計了如圖的實驗.用鉤碼通過細線去拉動小車,不斷改變鉤碼的重量G和小車的質量m,來研究不同受力的情況下小車的運動狀態(tài)改變的情況.

圖中打點計時器每隔0.02s在紙帶上打一個,小明每次測出5個間隔內小車運動的距離,記錄在表中.(不考慮小車與木板,繩與滑輪之間的摩擦)
(1)將表中空白的地方填上數(shù)據(jù)
G=1N         m=1kg
第0.1s內 第0.2s內 第0.3s內 第0.4s內
S(m) 0.005 0.015 0.025 0.035
G=2N         m=1kg
第0.1s內 第0.2s內 第0.3s內 第0.4s內
S(m) 0.01 0.03 0.07
G=2N         m=2kg
第0.1s內 第0.2s內 第0.3s內 第0.4s內
S(m) 0.005 0.015 0.025
(2)小明用鉤碼通過細線拉動小車,而不是使用彈簧測力計,這樣做有什么好處?
(3)根據(jù)文中的信息和小明實驗的數(shù)據(jù),計算邊長為2000米,質量為5t的太陽帆航天器僅僅在光壓的作用下從靜止開始運動1天后,經過的總路程約是多少?(假設太陽帆為絕對黑體,且受到的太陽光壓大小不變)
分析:(1)由于紙帶的運動速度不同,兩點之間的距離可能不相等.當紙帶從靜止開始運動時,剛開始速度小,紙帶上點之間的距離小,隨后速度增大,每增加0.1s,點之間的距離增加相同距離.
(2)在受力大小相等時,彈簧的形變要大于細線的形變,對小車不好控制;
(3)利用太陽帆的邊長,求出其面積,即可利用每平方米受到的光壓求出太陽帆所受的壓力;由表中數(shù)據(jù)可總結出物體運動情況和其質量及所受力情況的關系.
解答:解:(1)當G=2N,m=1kg時,分析數(shù)據(jù)可知:
第0.3s內的距離為0.03m+(0.03m-0.01m)=0.05m;
當G=2N,m=2kg時,第0.4s內通過的距離為0.025m+(0.025m-0.015m)=0.035m;
故答案為:0.05;  0.035; 
(2)小明用鉤碼通過細線拉動小車,而不是使用彈簧測力計,這樣做便于控制對小車的拉力一定;  
(3)太陽帆的面積S=(2000m)2=4×106m2,
所以太陽帆所受的光壓力F=2.5×10-6N/m2×4×106m2=10N,
由表中數(shù)據(jù)可得,當質量為m=1kg的物體所受力F=G=1N時,第0.1s內運動了0.005m,第0.2s、0.3s、0.4s內等運動的距離依次增加了0.01m;當質量為m=1kg的物體所受力F=G=2N時,第0.1s內運動了0.005m×
2
1
=0.01m,第0.2s、0.3s、0.4s內等運動的距離依次增加了0.01m×
2
1
=0.02m;當質量為m=2kg的物體所受力F=G=2N時,第0.1s內運動了0.005m×
2
2
=0.005m,第0.2s、0.3s、0.4s內等運動的距離依次增加了0.01m×
2
2
=0.01m.
所以質量為m=5t=5×103kg的太陽帆航天器在光壓力F=10N時,第0.1s內運動0.005m×
10
5×103
,第0.2s、0.3s、0.4s內等運動的距離依次增加了0.01m×
10
5×103

所以從靜止開始運動1天t=24×3600s=86400s=0.1s×864000后,太陽帆航天器經過的總路程約是0.005m×
10
5×103
+(0.005m×
10
5×103
+0.01m×
10
5×103
×1)+(0.005m×
10
5×103
+0.01m×
10
5×103
×2)+(0.005m×
10
5×103
+0.01m×
10
5×103
×3)+(0.005m×
10
5×103
+0.01m×
10
5×103
×4)+…+【0.005m×
10
5×103
+0.01m×
10
5×103
×(864000-1)】=
1
2
{0.005m×
10
5×103
+【0.005m×
10
5×103
+0.01m×
10
5×103
×(864000-1)】}×864000=7464960m.
答:經過的總路程為7464960m.
點評:本題借助打點計時器的點的分布,來考查物體的運動情況,相鄰的兩點距離是解題的關鍵,難點是求太陽帆航天器經過的路程,從當質量為m=1kg的物體所受力F=G=1N時,第0.1s內運動了0.005m,第0.2s、0.3s、0.4s內等運動的距離依次增加了0.01m;再分析當質量為m=1kg的物體所受力F=G=2N時,依次分析,本題難度相當大,解題過程中一定要認真仔細.
練習冊系列答案
相關習題

科目:初中物理 來源: 題型:解答題

太陽帆是一種不帶機械動力裝置的輕便航天器,它像帆船利用風的壓力前進一樣,利用太陽光和太陽風的壓力,作用在帆上來加速飛行.那么,光有壓力嗎?回答是肯定的.當彗星飛近太陽時,彗星上的部分物質升華和蒸發(fā)為氣體,形成一條總是背向太陽的尾巴,就曾被認為是太陽光的壓力作用的結果(后來弄清楚主要是太陽風作用的結果).從理論上來說,光是光子形成的,每個光子都有一定的能量.當光子撞在帆上被吸收時,這就是光的壓力.如光子被反射,壓力還會增加.當然,光壓是非常小的.在地球上,一個絕對黑體,即光被完全吸收的物體,每平方米上大約只受到2.5×10-6N的光壓.但在太空真空中,太陽光壓仍能發(fā)揮作用.早在20世紀20年代,齊奧爾科夫斯基就提出了太陽帆的概念.光壓雖然很小,但可以長期不間斷地作用.理論研究表明,在進入太空的航天器上拉起一張巨大的帆,可為航天器提供足夠的動力.如果帆面(看成正方形)邊長300米,可使500千克的航天器從靜止開始沿半橢圓軌道,經200天的加速飛到火星.如果帆面邊長增大到2000米,則可使5噸的飛船飛離太陽系.?
看完這篇文章,提起了小明的探究興趣,小明想進一步研究力和運動之間的關系,于是他設計了如圖的實驗.用鉤碼通過細線去拉動小車,不斷改變鉤碼的重量G和小車的質量m,來研究不同受力的情況下小車的運動狀態(tài)改變的情況.

圖中打點計時器每隔0.02s在紙帶上打一個,小明每次測出5個間隔內小車運動的距離,記錄在表中.(不考慮小車與木板,繩與滑輪之間的摩擦)
(1)將表中空白的地方填上數(shù)據(jù)
G=1N     m=1kg
第0.1s內第0.2s內第0.3s內第0.4s內
S(m)0.0050.0150.0250.035
G=2N     m=1kg
第0.1s內第0.2s內第0.3s內第0.4s內
S(m)0.010.030.07
G=2N     m=2kg
第0.1s內第0.2s內第0.3s內第0.4s內
S(m)0.0050.0150.025
(2)小明用鉤碼通過細線拉動小車,而不是使用彈簧測力計,這樣做有什么好處?
(3)根據(jù)文中的信息和小明實驗的數(shù)據(jù),計算邊長為2000米,質量為5t的太陽帆航天器僅僅在光壓的作用下從靜止開始運動1天后,經過的總路程約是多少?(假設太陽帆為絕對黑體,且受到的太陽光壓大小不變)

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科目:初中物理 來源:2007年江蘇省無錫市外國語學校中考物理模擬試卷(解析版) 題型:解答題

太陽帆是一種不帶機械動力裝置的輕便航天器,它像帆船利用風的壓力前進一樣,利用太陽光和太陽風的壓力,作用在帆上來加速飛行.那么,光有壓力嗎?回答是肯定的.當彗星飛近太陽時,彗星上的部分物質升華和蒸發(fā)為氣體,形成一條總是背向太陽的尾巴,就曾被認為是太陽光的壓力作用的結果(后來弄清楚主要是太陽風作用的結果).從理論上來說,光是光子形成的,每個光子都有一定的能量.當光子撞在帆上被吸收時,這就是光的壓力.如光子被反射,壓力還會增加.當然,光壓是非常小的.在地球上,一個絕對黑體,即光被完全吸收的物體,每平方米上大約只受到2.5×10-6N的光壓.但在太空真空中,太陽光壓仍能發(fā)揮作用.早在20世紀20年代,齊奧爾科夫斯基就提出了太陽帆的概念.光壓雖然很小,但可以長期不間斷地作用.理論研究表明,在進入太空的航天器上拉起一張巨大的帆,可為航天器提供足夠的動力.如果帆面(看成正方形)邊長300米,可使500千克的航天器從靜止開始沿半橢圓軌道,經200天的加速飛到火星.如果帆面邊長增大到2000米,則可使5噸的飛船飛離太陽系.?
看完這篇文章,提起了小明的探究興趣,小明想進一步研究力和運動之間的關系,于是他設計了如圖的實驗.用鉤碼通過細線去拉動小車,不斷改變鉤碼的重量G和小車的質量m,來研究不同受力的情況下小車的運動狀態(tài)改變的情況.

圖中打點計時器每隔0.02s在紙帶上打一個,小明每次測出5個間隔內小車運動的距離,記錄在表中.(不考慮小車與木板,繩與滑輪之間的摩擦)
(1)將表中空白的地方填上數(shù)據(jù)
G=1N         m=1kg
第0.1s內第0.2s內第0.3s內第0.4s內
S(m)0.0050.0150.0250.035
G=2N         m=1kg
第0.1s內第0.2s內第0.3s內第0.4s內
S(m)0.010.030.07
G=2N         m=2kg
第0.1s內第0.2s內第0.3s內第0.4s內
S(m)0.0050.0150.025
(2)小明用鉤碼通過細線拉動小車,而不是使用彈簧測力計,這樣做有什么好處?
(3)根據(jù)文中的信息和小明實驗的數(shù)據(jù),計算邊長為2000米,質量為5t的太陽帆航天器僅僅在光壓的作用下從靜止開始運動1天后,經過的總路程約是多少?(假設太陽帆為絕對黑體,且受到的太陽光壓大小不變)

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