Question

【題目】根據下述材料，回答下列問題。

“天舟一號”與“天宮二號”成功對接

我國自主研制的“天宮二號”空間實驗室已于2016年9月15日發射成功“天宮二號”在距地面高度380km圓形軌道上繞地球勻速運行，繞地球一圈的運行時間是90分鐘，“天舟一號”貨運飛船于2017年4月20日由長征七號火箭成功發射升空，并于2017年4月22日與“天宮二號”首次自動交會對接成功。

發射“天舟一號”貨運飛船的長征七號火箭采用液氧煤油發動機。液氧煤油發動機是以液態氧為氧化劑，煤油為燃燒劑（燃料）的火箭發動機。采用這一方式與以往的火箭發動機相比，效能提高了15～20%，可大大減少燃料攜帶，減少火箭的重量和體積；煤油價格較低，每次發射可節省1000多萬元；煤油與液氧都沒有毒，燃燒也只生成水和二氧化碳，不像以往的火箭發動機會產生劇毒污染。

2017年4月20日上午7時41分左右，執行發射任務的長征七號遙二運載火箭開始推進劑加注工作，首先加注的是煤油。至中午，火箭完成170立方米的全部煤油加注工作，開始加注液氧。同時，火箭整流罩開始脫保溫層的工作。之后，液氧將完成約占總量80%的加注量。發射前5小時，天舟一號開始進行持續約半小時的裝貨工作。在發射前。40分鐘，火箭開始進行液氧補加工作。

點火起飛時，火箭內的燃料燃燒，從火箭體尾部噴射出的火焰幾乎直擊發射平臺，使得發射平臺核心區的溫度接近3000℃，足以融化絕大多數金屬和非金屬材料。長征七號火箭發射時與其它火箭不同的是發射平臺旁的“噴水降溫降噪系統”，其采取的是國際上先進的噴水降溫方法，在發射中火箭飛到5m高以后，“噴水降溫降噪系統”向箭體尾部火焰中心噴水20余秒，噴水量約為400t。一部分的水會汽化到大氣中，大部分的水則通過導流槽流走，于是大流量噴水能夠帶走大量的熱起到降溫作用，防止了火箭發射臺內部的儀器設備可能因高溫受到影響。[c水=4。2×103J/（kg·℃），q煤油=4。6×107J/kg，ρ煤油=0。8×103kg/m3]

(1)長征七號遙二運載火箭加注的燃料全部完全燃燒放出的熱量是_______J。

(2)設“噴水降溫降噪系統”噴出400t水的初溫為20℃，在噴水20秒內全部變成100℃的水，則水帶走的熱量為_______J。

(3)長征七號火箭所搭載的“天舟一號”貨運飛船在上升過程中的機械能不斷________（選填“變大”、“變小”或“不變”），長征七號火箭燃料燃燒時能量轉化情況是__________。

Answer 1

【答案】6.256×1012J 1.344×1011 變大 化學能轉化為內能

【解析】

(1)[1]由知道，全部加注煤油的質量

m=ρ煤油V=0.8×103 kg/m3 ×170m3 =1.36×105kg

長征七號遙二運載火箭加注的燃料全部完全燃燒放出的熱量是

Q=qm=4.6×107 J/kg×1.36×105 kg=6.256×1012J

(2)[2]根據題意知道，400t水的初溫為20℃，在噴水20秒內全部變成100℃的水，所以，水帶走的熱量

Q=cm△t=4.2×103 J/（kg℃）×4×105 kg×（100℃-20℃）=1.344×1011J

(3)[3]長征七號火箭所搭載的“天舟一號”貨運飛船在上升過程中速度不斷變大，則動能變大，高度變大，則重力勢能變大，所以，機械能不斷變大；

[4]長征七號火箭燃料燃燒時發生化學變化，釋放出內能，即燃料的化學能燃燒時轉化為內能。