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十三课探索宇宙.ppt 66页
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樊雪琦 前言 你知道吗？在北京建国门有一个古天文台，那里保存着我国古代一些天文观测仪器，其中有一个巨大的铜球最引人注目，那就是浑天仪。这表明500多年以前，中国人就已经用一些仪器来观测太阳，月亮和星星了。
浑天仪是浑仪和浑象的总称。浑天仪浑仪是测量天体球面坐标的一种仪器，而浑象是古代用来演示天象的仪表。 它们是我国东汉天文学家张衡所制的.西方的浑天仪最早由埃拉托色尼于公元前255年发明。葡萄牙国旗上画有浑仪。自马努埃一世起浑天仪成为该国之象征
浑仪整体看犹如一个圆球,然后通过可绕中心旋转的窥管观测天体.浑仪的历史悠久,有人认为西汉落下闳,鲜于妄人,耿寿昌都造过圆仪， 东汉贾逵.傅安等在圆仪上加黄道环.改称“黄道铜仪”.早期结构如何已没有记载.而最早有详细结构记载的是东晋史官丞南阳孔挺在光初六年.即公元323年所造的两重环铜浑仪， 这架仪器由六合仪和四游仪组成。到了唐贞观七年，即公元633年，李淳风增加了三圾仪，把两重环改为三重仪，成为一架比较完备的浑仪，称为“浑天黄道仪”。 唐朝以后所造的浑仪，基本上与李淳风的浑仪相似，只是圆环或零部件有所增减而已。随着浑仪环数的增加，观测时遮蔽的天区愈
来愈多。 因此，从北宋开始简化浑仪，到了元朝郭守敬则对浑仪进行彻底改革，创制出简仪。
望远镜是怎样帮助文学家提高探索宇宙能力的？科学技术怎样影响望远镜发展的？请大家举手回答一下。 在探月工作中，射电望远镜的作用？
上海65米射电望远镜于今年内基本建成后，可在四个低频波段投入工作，具备执行探月工程二期的任务及开展天文观测的能力。
之后,将致力于完成四个高频波段的接收设备以及主动面调整系统的调试.望远镜系统全部建成后,将在射电天文,地球动力学和空间科学等多学科领域发挥重要作用。
宇宙探测器 例如： 空间探测器 空间探测器space probe 对月球和月球以远的天体和空间进行探测的无人航天器.又称深空探测器.包括月球探测器,行星和行星际探测器,探测的主要目的是了解太阳系的起源.演变和现状； 通过对太阳系内的各主要行星的比较研究，进一步认识地球环境的形成和演变；了解太阳系的变化历史；探索生命的起源和演变。空间探测器实现了对月球和行星的逼近观测和直接取样探测，开创了人类探索太阳系内天体的新阶段。
空间科学的发展,离不开航天器.航天器按其本身的任务可划分为两类:第一类为无人航天器,它包括人造地球卫星,月球探测器和行星际自动探测器等； 第二类为载人航天器,它包括卫星式飞船,空间站,登月飞船和航天飞机等.航天器按其运行轨道也可分为两类：第一类是环绕地球运行的航天器，它包括人造地球卫星、卫星式飞船、空间站和航天飞机等；
第二类是脱离地球引力飞往月球、其他行星及行星际空间的航天器，它包括登月飞船、各种行星和行星际探测器等。
飞行原理 空间探测器离开地球时必须获得足够大的速度（见宇宙速度）才能克服或摆脱地球引力，实现深空飞行。探测器沿着与地球轨道和目标行星轨道都相切的日心椭圆轨道（双切轨道）运行， 就可能与目标行星相遇，或者增大速度以改变飞行轨道,可以缩短飞抵目标行星的时间.例如,美国“旅行者”2号探测器的速度比双切轨道所要求的大0.2公里/秒,到达木星的时间缩短了将近四分之一。
为了保证探测器沿双切轨道飞到与目标行星轨道相切处时目标行星恰好也运行到该处，必须选择在地球和目标行星处于某一特定相对位置的时刻发射探测器。例如飞往木星约需1000天的时间， 木星探测器发射时木星应离会合点83度(相当于木星在轨道上走1000天的路程)根据一定的相对位置要求，可以从天文年历中查到相应的日期，
这个有利的发射日期一般每隔一、二年才出现一次.探测器可以在绕飞行星时，利用行星引力场加速，实现连续绕飞多个行星。
空间探测器是在人造地球卫星技术基础上发展起来的，但是与人造地球卫星比较，空间探测器在技术上有一些显著特点。 空间探测器飞离地球几十万到几亿公里，入轨时速度大小和方向稍有误差，到达目标行星时就会出现很大偏差。例如，火星探测器入轨时，速度误差1米/秒（大约是速度的万分之一），到达火星时距离偏差约10万公里。 因此在漫长飞行中必须进行精确的控制和导航。飞向月球通常是靠地面测控网和空间探测器的轨道控制系统配合进行控制的(见航天器轨道控制)。
行星际飞行距离遥远，无线电信号传输时间长，地面不能进行实时遥控，所以行星和行星际探测器的轨道控制系统应有自主导航能力（见星际航行导航和控制）。例如，美国“海盗”号探测器在空间飞行八亿多公里， 历时11个月，进行了2000余次自主轨道调整，最后在火星表面实现软着陆，落点精度达到50公里。此外，为了保证轨道控制发动机工作姿
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阅读下面的文字，完成小题。2009年是国际天文年，世界135个国家和地区将举办各种天文活动，主题是“探索我们的宇宙”。而我国，将发射首个火星探测器“萤火一号”。火星是与地球最为相似、且距离很近的行星。有科学家提出：火星是人类移民太空的未来家园。因此，近几十年来，美国、日本、俄罗斯等国争先恐后地探索火星。2008年美国发射的火星探测器“凤凰”号，首次在火星极区着陆，寻找到一些水和生命存在的证据。2009年10月我国将发射首个火星探测器，探索这颗神秘的“红色星球”。“萤火一号”携带仪器对火星和“火卫1”拍照，寻找火星水源和生命迹象。中俄联合火星探测项目副总设计师陈昌亚介绍说，我国首个火星探测器“萤火一号”，10月将搭乘俄罗斯运载火箭飞向火星。经过3．5亿公里的漫长飞行，预计在2010年8月抵达火星，并绕着火星探测。“萤火一号”主要携带8件仪器，包括两台摄像机、两台磁强计、离子探测包以及光学成像仪等。“萤火一号”将对火星和“火卫1”拍照，努力在火星上寻找水源，甚至是生命的迹象。此外，还有三项科学任务：探测火星的空间环境，探测研究火星表面水的消失机制，揭示类地行星的空间环境演化特征。火星每15至17年最接近地球，这是发射火星探测器的最佳时机。此次选择在2010年8月抵达火星，正是基于这个目的，届时火星距离地球5600万公里。火星探测困难重重。近40年来，世界各国先后向火星发射了30多个探测器，2/3都以失败告终，因为火星上的一块石头或者一阵狂风，都有可能破坏掉原有的计划。陈昌亚表示，“萤火一号”的寿命暂定1年。它将遇到的最大挑战是7个长达8．8小时的火星阴影，由于“萤火一号”从太阳接受能量，因此在火星阴影中卫星必须进入休眠状态，等待火星阴影结束后重新启动。届时舱外温度是-200℃以下，过低的温度可能将“萤火一号”“冻死”。美国“凤凰”号探测器就在火星的严冬中被“冻死”。目前研究人员正在对“萤火一号”防冻进行技术攻关。火星上是否有生命的争论已经持续了许多年。科学家们预测，像地球一样，火星在诞生之初曾拥有大量水。从1996年起，美国开始实施“火星生命计划”，即每隔26个月发射1至2个不载人火星探测器，以便最终确定火星上是否存在生命。2002年3月，美国“奥德赛”火星探测器传回的数据表明，首次发现火星上有大量结冰的水。2011年，美国还将发射“火星科学试验室”火星车。这种新一代火星车约有一辆吉普车大小，可在60度的斜坡上正常行驶；将依靠核能来工作，使用放射性同位素电力系统，取代目前火星车使用的太阳能电池板，这将大大增进行程和使用寿命，提高其开展实验活动的能力。新型火星车最引人注目的是用“空间起重机”登陆。“火星科学试验室”能对火星上的一些“死角”进行考察，进一步探索火星上是否有生命存在。美国计划2014年之前带回第一批火星岩石和土壤标本，以确定火星上是否有生命。随着“取样返回”任务的完成，“火星生命计划”也会宣告结束。此后，美国将为载人火星探索做各种准备，以期实现载人登陆火星。【小题1】下列对“萤火一号”的理解，不准确的一项是 &&&&&&&&&&&&&A．“萤火一号”将对火星和“火卫1”拍照，努力在火星上寻找水源和生命的迹象。B．“萤火一号”是将在2009年10月搭乘俄罗斯火箭起飞的我国首个火星探测器。C．揭示类地行星的空间环境演化特征是“萤火一号”将要完成的主要科学任务。D．“萤火一号”携带有两台摄像机、两台磁强计、离子探测包以及其它多种仪器。【小题2】下列有关表述符合原文意思的一项是&&&&&&&&&&&&&&&&&&&A．2008年，美国发射了火星探测器“凤凰号”，这个探测器首次在火星上寻找到一些水和生命存在的证据。B．在火星阴影中“萤火一号”必须进入休眠状态，因为当舱外的温度为－200℃时，“萤火一号”会被“冻死”。C．火星探测的一个难题，是火星的地表气候并不稳定，只要一块石头或者一阵狂风，就会破坏掉原有的计划。D．1996年起，美国开始实施“火星生命计划”，发射不载人探测器，“取样返回”是计划的最后一个重要任务。【小题3】根据原文信息，下列推断正确的一项是&&&&&&&A．我国选择让“萤火一号”在2010年8月抵达火星，是因为火星离地球最近时是5600万公里，最远时为3.5亿公里。B．虽然火星阴影是个很大的挑战，但“凤凰”号探测器如果没有在火星的严冬中被“冻死”，现在一定还在火星上工作。C．美国将发射的“火星科学试验室”火星车，性能较优越。它对一些火星“死角”的考察，可能会让我们有新的发现。D．火星因被发现有水与生命存在的证据，并与地球最为相似，距离也很近，将成为第一个人类移民太空的未来家园。C&
本题难度：一般
题型：解答题&|&来源：2012-山东省菏泽市某重点高中高三5月高考冲刺题语文卷
分析与解答
习题“阅读下面的文字，完成小题。2009年是国际天文年，世界135个国家和地区将举办各种天文活动，主题是“探索我们的宇宙”。而我国，将发射首个火星探测器“萤火一号”。火星是与地球最为相似、且距离很近的行星。有科学家提...”的分析与解答如下所示：
【小题1】C项“主要科学任务”说法错误。【小题1】A项“首次在火星上寻找到一些水”的是“奥德赛”火星探测器，“凤凰”号是“首次在火星极区着陆”;B项“－200℃”的表述绝对化，原文是“－200℃以下”并且是“可能”被冻死；C项“只要……就……”的表述绝对化，原文是“都有可能……”原文也没提到火星的地表气候并不稳定。【小题1】A项原文是“经过3．5亿公里的漫长飞行”，并不能说明“3．5亿公里”是最远距离；B项“一定”的表述绝对化，因为它可能还会受到其它因素的影响；D项“第一个”的表述绝对化。
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(2)有人设想在宇宙探测中用光为动力推动探测器加速.探测器上安装有面积极大.反射率极高的薄膜.并让它正对太阳.已知太阳光照射薄膜对每平方米面积上的辐射功率为1.35kW.探测器和薄膜的总质量为m＝100kg.薄膜面积为4×.求此时探测器的加速度大小?(不考虑万有引力等其它的力) 【】
题目列表(包括答案和解析)
根据量子理论，光子的能量满足关系式E=pc，其中c为光在真空中的速度，p为光子具有的动量. &&& 有人设想利用光子被物体反射时对物体产生的压力作为宇宙探测器加速的动力.探测器上安装有面积很大，反射率极高的薄膜，使薄膜正对太阳. 已知太阳光照射到薄膜时每平方米面积上的功率为P0，探测器和薄膜的总质量为m，薄膜面积为S，每个光子的动量为p，不考虑万有引力等其它力的作用，试求 （1）经过时间t，照射到探测器薄膜表面的光子数； （2）探测器的加速度有多大.
（19分）根据量子理论，光子的能量满足关系式E=pc，其中c为光在真空中的速度，p为光子具有的动量.有人设想利用光子被物体反射时对物体产生的压力作为宇宙探测器加速的动力.探测器上安装有面积很大，反射率极高的薄膜，使薄膜正对太阳. 已知太阳光照射到薄膜时每平方米面积上的功率为P0，探测器和薄膜的总质量为m，薄膜面积为S，每个光子的动量为p，不考虑万有引力等其它力的作用，试求（1）经过时间t，照射到探测器薄膜表面的光子数；（2）探测器的加速度有多大.
根据量子理论，光子的能量满足关系式E=pc，其中c为光在真空中的速度，p为光子具有的动量.有人设想利用光子被物体反射时对物体产生的压力作为宇宙探测器加速的动力.探测器上安装有面积很大，反射率极高的薄膜，使薄膜正对太阳.已知太阳光照射到薄膜时每平方米面积上的功率为P0，探测器和薄膜的总质量为m，薄膜面积为S，每个光子的动量为p，不考虑万有引力等其它力的作用，试求（1）经过时间t，照射到探测器薄膜表面的光子数；（2）探测器的加速度有多大.
已知光子有动量，其动量的计算公式为，式中h是普朗克常量，λ是光的波长．既然光子有动量，那么光照射到物体表面被吸收或被反射时就会对物体有压力，叫做“光压”．有人设想在遥远的宇宙探测中利用光压力作动力推动航天器加速，这样可以大大减少航天器发射的自身的体积和重量的影响，在某个设计方案中，计划给探测器安上面积极大，反射率极高的薄膜，并设法让它始终正对太阳．& &(1)已知在地球绕日轨道上，每平方米面积上得到的太阳光的功率为P0&= 1.35kW，探测& &&器本身的质量为M=100kg，薄膜面积为S=4×104m2，那么探测器由地球发射到太空时，由于太阳光的光压而得到的加速度将为多大?& &(2)若探测器仅靠光压加速，那么每一天内增加的速度将是多大?
p=h/λhλ“”P0=1.35kWM=100kgS=4×104m2
1．C由电荷数守恒和质量数守恒可知A、B错，由于镍63放出电子，故带正电，电势比铜片电势高，C正确，电流方向从铜片到镍，D错2．C3．A由可知，A正确4．B将分子粗略地看成一个小立体，则个5．D照射到a、b、c上三种光的频率关系，为，由光电效应的规律可知板b有电子射出，板c一定有光电子放出，正确答案为D6．A航天飞机的运行周期&&& &&& 设经过时间t航天飞机又通过建筑物上方，则&&& ，所以7．A沿着电场线的方向电势降低，，B错；E、F两点在同一等势面上，且，A正确&&& 由等量异种电荷的等势面特点可知．，C错，D错8．C①F＝kA②&&& 由①②可知，C正确．9．C先根据题意画出电子所走的弧，因为弧上任意一点的速度方向必然与该点所在的半径垂直，故可以过A点做与方向（即AB方向）垂直的直线，此即为带电粒子做匀速圆周运动的半径方向．同理过C点作垂直于BC的直线，也为该点的半径方向，两半径相交点即为带电粒子做匀速圆周运动的圆心．如答图1所示．由图示情况可以看出答图1&&& 当时电子刚好不能从BC边射出．&&& 要使电子可以从BC边射出，必满足r＞，而r＝，&&& ∴B＜时，电子可以从BC边射出10．D11．（1）大于（2）轨道末端出口水平（3）P、、为落地的平均位置，F一步中的应为-2r，12．（1）1.000&（2）①略&&& ②A．将滑动变阻器调至输出电压为零的位置，再合上．&&& B．将扳向2，调滑动变阻器使电流表指针在某一电流刻度，并记下该位置．&&& C．使阻值最大后，将扳向1，调电阻箱，使电流表指针回到所记的位置，记下电阻箱阻值．&&& D．被测电阻＝．13．侦察卫星环绕地球一周，通过有日照的赤道一次，在卫星一个周期时间（设为）地球自转的角度为q ，只要q 角所对应的赤道弧长能被拍摄下来，则一天时间内，地面上赤道处全部在有日照条件下就能被拍摄下来．设侦察卫量的周期为，地球对卫星的万有引力为卫星做圆周运动的向心力，卫星的轨道半径r＝R＋h，根据牛顿第二定律，则&&& 在地球表面的物体重力近似等于地球的万有引力，即mg＝&&& 解得侦察卫星的周期为&&& 已知地球自转周期为T，则卫星绕行一周，地球自转的角度为q ＝2p?&&& 摄像机应拍摄赤道圆周的弧长为q 角所对应的圆周弧长应为&&& 14．当开关S在位置1时，粒子在电容器中做类平抛运动，即水平方向做匀速直线运动，竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，有&&& l＝vt，&&& 得&&& 则带电粒子的初速度&&& （m/s）&&& 当S接到2位置时，电容器内形成按余弦规律变化的振荡电场，周期为&&& ．&&& 接到位置2时，电容器内电场仍竖直向上，设粒子在第一个内加速向下运动，在第二个内减速向下运动，在半个周期结束时，粒子的速度为零，平均加速度＜a，运动时间＜t，故粒子半个周期内竖直方向位移，粒子不会打到下极板上．&&& 在第三个内，粒子加速向上运动，在第四个内减速向上运动，在后半个周期结束时，粒子的速度为零．从对称性角度考虑，经过一个周期，粒子又回到两板中央，竖直方向速度为零．&&& 不论电容器内电场如何作用周期性的变化，粒子在水平方向不受电场力的作用，水平速度不变，所以粒子在电场中运动的时间仍为2×s，在这一时间内，电场做周期性变化的次数&&& ．&&& 所以当粒子离开电容器时，竖直速度为零，水平速度不变，仍为v＝1.0×m/s，从两板中央飞出．&&& 所以粒子能飞出电容器，从两板中央水平飞出，v＝1.00×m/s．15．（1）滑块速度向右，根据匀速运动条件&&& ①&&& 可知E的方向必水平向右．&&& 由返回速度向左且作匀速运动可知&&& ＝mg ②&&& 而题中有： ③&&& ②③联立得知，即＝2mg，代入①式&&& 所以E＝m （mg＋2mg）/q＝3m mg/q&&& （2）设往返总时间为T有：&&& &&& 即：，代入②式可得&&& （3）返回时不受摩擦力，所以全过程摩擦力做功&&& W＝-fL＝-m
（mg＋）L＝-3m mgL16．用答图2示平面内的光线进行分析，并只讨论从右侧观察的情形，如图所示，由亮点发出的任一光线CP线经过两次折射而从液面射出．由折射定律，按图上标记的各相关角度．有sina ＝nsinb &①&&& sing ＝（1/n）sind ②&&& 其中d ≤p /2g ＝（p /2）-（b ＋j ）
③答图2&&& 注意到，若液体内光线入射到液面上时发生全反射，就没有从液面射出的折射光线．全反射临界角满足条件sin＝1/n&&& 可知光线CP经折射后能从液面射出从而可被观察到的条件为g ＜④&&& 或sing ＜1/n⑤&&& 现在计算sing ．利用③式可得&&& sing ＝cos（b ＋j ）＝cosb cosj -sinb sinj &&& 由①式可得cosb ＝&&& 因此，nsing ＝cosj -nsinb sinj 又由①式nsing＝cosj &-sina sinj &⑥&&& 由图及①、②式，或由⑥式均可看出a 越大则g 越小，因此，如果与a 值最大的光线相应的g 设为，若＞，则任何光线都不能射出液面．反之，只要＜，这部分光线就能射出液面，从液面上方可以观察到亮点．由此极端情况即可求出本题要求的条件．&&& 自C点发出的a 值最大的光线是极靠近CD的光线，它被DB面折射后进入液体，由⑥式可知与之相应的&&&&a ＝（p /2）-j &&& nsin＝cosj &-cosj sinj &&& 能观察到亮点的条件为nsin＜1&&& 即cosj -cosj sinj ＜1&&& 上式可写成cosj ＜1＋cosj sinj &&& 取平方&&& 化简&&& 故&&& 开方并化简可得&&& 这就是在液面上方从侧面适当的方向能看到亮点时n与j 之间应满足的条件．17．（1）激光器的功率为＝NE①&&& 已知激光对物体表面的压力为F＝2N?p②&&& 由光压的定义 ③&&& 联立以上各式得④&&& （2）太阳光对薄膜产生的光压&&& &⑤&&& 探测器受到的总光压力&&& F＝I?S⑥&&& 以探测器为研究对象，根据牛顿第二定律F＝m?a ⑦&&& ∴⑧18．（1）由竖直上抛运动得炮弹被射出时的初速度①&&& （2）由动量守恒定律得： ②&&& 带电物体在洛仑兹力作用下的直线运动是匀速直线运动，假设电场强度方向竖直向上，根据受力有：③&&& ④&&& 联立②③④得：&&& 两物体匀速运动的速度&&& ∴40m/s ⑤&&& 50m/s ⑥&&& 所加电场为&&& ⑦&&& 因为E为正，所以场强方向竖直向上&&& （3）由动能定理得：爆炸对两物体做的功&&& ⑧&&& ⑨&&& （4）由平抛运动规律得落地时间：&&& ⑩&&& 两物体的水平位移&&& ＝＝40×4m＝160m&&& ＝＝50×4m＝200m&&& 两物体落地点间的距离&&&&Ds＝＋＋L＝360＋20＝380m&&&
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