一個宇航員,連同裝備的總質(zhì)量為100 kg,在空間跟飛船相距45 m處相對飛船處于靜止?fàn)顟B(tài).他帶有一個裝有0.5 kg氧氣的貯氧筒,貯氧筒上有一個可以使氧氣以50 m/s的速度噴出的噴嘴.宇航員必須向著跟返回飛船方向相反的方向噴出氧氣,才能回到飛船上去,同時又必須保留一部分氧氣供他在返回飛船的途中呼吸.已知宇航員呼吸的耗氧率為2.5×10-4 kg/s,試問:

(1)如果他在準備返回飛船的瞬間,噴出0.15 kg的氧氣,他能安全地回到飛船嗎?

(2)宇航員安全地返回飛船的最長和最短時間分別為多少?

解析:宇航員使用氧氣噴嘴噴出一部分氧氣后,根據(jù)動量守恒定律,可以計算出宇航員返回的速度.根據(jù)宇航員離開飛船的距離和返回速度,可以求出宇航員返回的時間.即可求出這段時間內(nèi)宇航員要消耗的氧氣,再和噴射后剩余的氧氣質(zhì)量相比,即求出答案.

    (1)令M=100 kg,m0=0.5 kg,Δm=0.15 kg,氧氣噴出速度為v,宇航員在噴出氧氣后的速度為v′.由動量守恒定律得

    0=(M-Δm)v′-Δm(v-v′),

    v′=m/s=0.075 m/s.

    宇航員返回飛船所需時間t=s=600 s.

    宇航員返回途中所耗氧氣m′=kt=2.5×10-4×600 kg=0.15 kg,

    氧氣筒噴射后所余氧氣m″=m0-Δm=(0.5-0.15) kg=0.35 kg.

    因為m″>m′,所以宇航員能順利返回飛船.

    (2)設(shè)噴出的氧氣Δm未知,途中所需時間為t,則m0=kt+Δm為宇航員返回飛船的極限條件.

    t=s,

    0.5=2.5×10-4×+Δm.

    解得Δm1=0.45 kg或Δm2=0.05 kg.

    分別代入t=,得t1=200 s,t2=1 800 s.

    即宇航員安全返回飛船的最長時間為1 800 s,最短時間只有200 s.

答案:(1)能  (2)1 800 s  200 s

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

(2004?杭州一模)一個宇航員,連同裝備的總質(zhì)量為100kg,在空間跟飛船相距45m處相對飛船處于靜止?fàn)顟B(tài).他帶著一個裝有0.5kg氧氣的貯氣筒,貯氧筒上有一個可以使氧氣以50m/s的速度噴出的噴嘴.宇航員必須向著跟返回方向相反的方向釋放氧氣,才能回到飛船上去,同時又必須保留一部分氧氣供他在返回飛船的途中呼吸.已知宇航員呼吸的耗氧率為2.5×10-4kg/s試問:
(1)如果他在準備返回飛船的瞬時,釋放0.15kg的氧氣,他能安全地回到飛船嗎?請用計算說明你的結(jié)論.
(2)宇航員安全返回到飛船的最長和最短時間分別為多少?

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科目:高中物理 來源: 題型:

一個宇航員,連同裝備的總質(zhì)量為100 kg,在空間跟飛船相距45 m處相對飛船處于靜止?fàn)顟B(tài).他帶有一個裝有0.5 kg氧氣的貯氧筒,貯氧筒上有一個可以使氧氣以50 m/s的速度噴出的噴嘴,宇航員必須向著跟返回飛船方向相反的方向釋放氧氣,才能回到飛船上去,同時又必然保留一部分氧氣供他在返回飛船的途中呼吸.已知宇航員呼吸的耗氧率為2.5×10-4 kg/s,試問:

(1)如果他在準備返回飛船的瞬間,釋放0.15 kg的氧氣,他能安全地回到飛船嗎?

(2)宇航員安全地返回飛船的最長和最短時間分別為多少?

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科目:高中物理 來源: 題型:

一個連同裝備共有100 kg的宇航員,脫離宇宙飛船后,在離飛船45 m處與飛船處于相對靜止?fàn)顟B(tài).他帶著一個裝有0.5 kg氧氣的貯氧筒,貯氧筒有個可以使氧氣以50 m/s的速度噴出的噴嘴.宇航員必須向著與返回飛船相反的方向釋放氧氣,才能回到飛船上去,同時又必須保留部分氧氣供他在飛回飛船的途中呼吸.宇航員呼吸的耗氧率為2.5×10-4 kg/s,如果他在開始返回的瞬時釋放0.1 kg的氧氣,則他能安全返回飛船嗎?

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科目:高中物理 來源: 題型:

一個連同裝備共有 kg的宇宙行員,脫離宇宙飛船后,在離飛船L=45m處與飛船處于相對靜止?fàn)顟B(tài),他帶著一個裝有 0.5kg氧氣的貯氧筒,貯氧筒有個可以使氧氣以v=50m/s的速度噴出的噴嘴.宇航員必須向著與返回飛船相反的方向釋放氧氣,才能回到飛船上去,同時又必須保留一部分氧氣供他在飛向飛船的途中呼吸.飛行員呼吸的耗氧率為 .如果他在開始返回的瞬間釋放 的氧氣,他能安全回到飛船嗎?

                                                   

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