“天舟一号”与“天宫二号”成功对接

我国自主研制的“天宫二号”空间实验室已于2016年9月15日发射成功．“天宫二号”在距离地面高度380km的圆形轨道上绕地球匀速运行，绕地球一周的运行时间为90分钟，“天舟一号”货运飞船于2017年4月20日由长征七号火箭成功发射升空，并于2017年4月22日与“天宫二号”首次自动交会对接成功，如题23-1图所示，为建立我国自己的空间站迈出了坚实的一步．

发射“天舟一号”货运飞船的长征七号火箭的燃料由液态煤油和液氧混合构成，火箭点火起飞时，火箭内的燃料燃烧从箭体尾部喷出火焰几乎直击发射平台，使得发射平台核心区的温度接近3000℃，足以熔化绝大多数金属和非金属材料，长征七号火箭发射时与其它火箭不同的是发射平台旁的“喷水降温降噪系统”，其采取的是国际上先进的喷水降温方法，如题23-2图所示，在发射中火箭飞到5m高以后，“喷水降温降噪系统”向箭体尾部火焰中心喷水20余秒，喷水量约为400t，一部分的水会汽化到大气中，大部分的水则通过导流槽流走，于是大流量喷水能够带走大量的热起到降温的作用，防止了火箭发射台内部的仪器设备可能因高温受到影响．(圆周率π=3，c_水=4.2×10³J/kg·℃)

（1）设“喷水降温降噪系统”喷出400t水初温为20℃，在喷水20秒内全部变成100℃的水，则水带走的热量为_____________J．

（2）如题23-3图所示，设地球半径为6370km，“天宫二号”空间实验室在圆形轨道上正常运行，圆形轨道的半径为________km，圆形轨道的周长为________km．“天舟一号”货运飞船成功发射及正常入轨后，与“天宫二号”空间实验室成功对接，对接时“天舟一号”的运行速度为_________km/s．

（3）长征七号火箭所搭载的“天舟一号”货运飞船在上升过程中的机械能不断_______（选填“变大”、“变小”或“不变”），长征七号火箭燃料的________能燃烧时转化为内能．

答案

1.344×10¹¹J    6750    4.05×10⁴    7.5    变大    化学   

【解析】

（1）根据计算水带走的热量为：

（2）如3图所示，地球半径为6370km，“天宫二号”空间实验室在圆形轨道上正常运行，所以圆形轨道的半径为：

；

圆形轨道的周长为：

；

“天舟一号”与“天宫二号”空间实验室对接时“天舟一号”的运行速度与“天宫二号”的速度相同，速度为：

；

（3）“天舟一号”货运飞船在上升过程中，质量不变，高度增加，速度增大，所以重力势能和动能都增大，即机械能不断变大；

长征七号火箭燃料燃烧，释放内能，温度升高，内能增大，所以能量的转化过程是燃料的化学能转化为内能．