以“神舟”三号为背景设计的一组跨学科综合试题，本文主要内容关键词为：神舟论文,试题论文,背景论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 背景材料
我国继1999年11月20日和2001年1月10 日成功发射和返回自行研制的“神舟”一号、二号无人试验飞船后，于2002年3月25日22时15 分在酒泉卫星发射中心，利用自行设计的“长征二号F ”捆绑式大推力运载火箭又成功发射了“神舟”三号无人航天试验飞船，飞船顺利升空，在环绕地球飞行了108圈后，于2002年4月1日下午4时51分，成功着陆在内蒙古中部预定地区。“神舟”三号无人飞船的成功发射和返回，表明我国载人航天工程技术日臻成熟，为最终实现载人飞行奠定了坚实基础。同时，利用飞船开展的对地观测，空间材料科学、生命科学及空间环境探测等一系列空间科学实验，进行多学科、大规模和前沿性的空间科学与应用研究，标志着我国空间科学研究和空间资源的开发进入了新的发展阶段。
2 设计内容
航空航天是一个涉及物理、化学、生物、天文、地学、工程、气象等多学科的综合性工程。试结合理、化、生三学科知识，回答下列相关问题。
（1）地球半径R＝6400km，地球表面重力加速度约为g＝10m/s[2]。若使航天飞船在无推动力作用的情况下在离地h＝330km 的圆轨道上绕地球运行，则飞行速度应为多少？
解析：根据万有引力提供向心力，由牛顿第二定律，有
GMm/（R＋h）[2]＝mv[2]/（R＋h）（1）
因为地球表面物体所受重力近似等于万有引力，即
mg＝GMm/R[2]（2）
联立（1）、（2）式整理有
≈7.8km/s
（2）载人航天飞船在发射升空和降落时， 如果宇航员保持直立的姿态，则他的心血管系统会受到何种影响？你认为宇航员应采取什么姿态？
解析：飞船在发射升空和降落的一段时间内处于超重状态，在超重状态下，人直立，头部血液会流向下肢，血液淤积在下肢静脉中，影响血液回流心脏，造成头部供血不足，引起头晕，视物模糊，反应迟钝，操纵准确度下降；重则意志丧失，完全失去控制飞船的能力。因此宇航员在发射和降落阶段应采取平卧姿态。
（3）在环绕地球正常运行的航天飞船内，不能使用的仪器有
A.弹簧测力计B.水银气压计
C.天平 D.水银温度计
解析：在宇宙飞船内与重力有关的仪器均不能使用。故选B、C。
（4）航天飞船内有一个“晶体”舱， 主要用于材料的研究和加工，如制造晶体。制得的晶体纯度与大小远远优于地球上所制得的晶体，其主要原因可能是
A.由于有宇宙射线的作用
B.由于处于失重状态，微粒分布特别均匀
C.微粒间失去相互作用
D.微粒的大小发生了根本的变化
答案：选B。
（5）载人航天飞船返回大气层时，由于速度很大， 和空气摩擦会产生高温，为了保护载人航天飞船，采用下列哪些措施是可行的
A.返回开始阶段利用反推力火箭使载人航天飞船调整到适当的返回角度，并减速
B.使载人航天飞船钝圆部朝向前进方向
C.在朝向前进方向的部分安装一层易熔金属，高温时蒸发吸收热量
D.刚开始返回即张开降落伞
答案：选A、B、C。
（6）在载人航天飞船返回地球表面的过程中， 有一段时间航天飞船会和地面失去无线电联系，这是因为航天飞船
A.加速度太大，减速太快
B.表面温度太高
C.和空气摩擦产生高温使易熔金属和空气形成等离子体层
D.为下落安全关闭无线电通讯系统
解析：选C。
（7）在“神舟”三号飞行中， 由多个地面测控站和四艘“远望”号远洋航天测量船组成的测控网，对其进行连续的跟踪、测量与控制，是利用了下列的那一种波
A.超声波 B.次声波
C.电磁波 D.红外线
答案：选C。
（8）吊在降落伞下的载人航天飞船返回舱，下落速度仍达14m /s。为实现软着陆，在返回舱离地面约1.5m时启动5个反推力小火箭， 若返回舱重8t，则每支火箭的平均推力约为多大？
解析：依题意，将启动反推力小火箭后飞船的运动近似视为匀减速直线运动，以飞船为研究对象，由牛顿第二定律和运动学公式，有
mg－5
＝－ma （3）
a＝v[2][,0]/2h （4）
联立（3）、（4）式整理有
＝1/5（mg＋mv[2][,0]/2h）
＝1/5×8×10[3]（10＋14[2]/2×1.5）N
≈1.2×10[5]N
（9）图1是用电脑制作的“神舟”三号飞船在太空围绕地球飞行时的模拟场景图，根据图片及提供的有关资料，提出两个与物理知识有关的问题（所提问题可以涉及力学、电磁学、热学、光学、原子物理学等各个部分，且只需提出问题，不必作出回答和解释）。例如，飞船相对地球是否运动？飞船绕地球运行时的轨道半径有多大？
①____________。
②____________。
解析：只要属于与飞船有关的物理问题均可。例如，飞船绕地球运行的线速度、角速度、或周期多大？飞船绕地球运行的向心力由什么提供？飞船如何防止宇宙射线的危害？飞船的能源依靠什么来提供？等等。
（10）在这次“神舟”三号搭载的物品中，有产于江西省泰和县武山凤的处于休眠状态的乌鸡蛋，这项实验目的是研究空间环境对乌鸡蛋___________的影响及____________。
解析：胚胎生长发育、遗传变异的影响及优选新品种。
（11）将生物随飞船带入太空，可进行多项科学研究。如植物种子经太空返回地面后种植，往往能得到新的变异特性。这种变异的来源主要是植物种子经太空中的_______辐射后，其_________发生变异。现一般把这种育种方式称为__________。试举出这种育种的方式的一种优点__________。
答案：宇宙射线；遗传物质；诱变育种；诱变速度快；可以加快选育优良品种。
（12）太空中生长的植物，根失去了向地生长，茎失去了背地生长的特性是因为________。地面生长的植物，根的向地生长、茎的背地生长，体现了生物具有________的特性，因而能够_______周围的环境
答案：失重；应激性；适应。
（13）在宇宙飞船中为了使宇航员得到一个稳定的、良好的生存环境，一般在飞船内安装了盛有Na[,2]O[,2]颗粒的装置， 它的用途是再生氧气。如用KO[,2]（超氧化钾）代替Na[,2]O[,2] 能达到同样的目的。试解答下列问题：
①写出超氧化钾和CO[,2]反应的化学方程式________。
②计算用Na[,2]O[,2]和KO[,2]分别与CO[,2]反应， 生成等量的氧气所需Na[,2]O[,2]和KO[,2]的质量比为1：________（精确至小数点后一位，相对原子质量为Na23 K39）
解析：
①4KO[,2]＋2CO[,2]＝2K[,2]CO[,3]＋3O[,2]↑
②0.6
（14）宇航员在航天飞船内生活需要氧气，必须携带生氧剂，从携带方便和效率考虑，最好选用
A.H[,2]O[,2]B.Na[,2]O[,2]
C.KO[,2]D.KMnO[,4]
若选用Na[,2]O[,2]，宇航员每天呼吸需O[,2]（折算成标准状况）约为60L。要生活7天，需带Na[,2]O[,2]约________kg。
解析：选B。
2Na[,2]O[,2]～O[,2]
156g 22.4L
x 60L
x＝156×60/22.4g＝417.857g
Na[,2]O[,2]＝417.857×7g＝2.925kg
（15）“神舟”三号无人航天试验飞船表面贴有特制的陶瓷片，其主要目的是________。
生产陶瓷的工业属于
A.硅酸盐工业B.航空船工业
C.半导体工业D.冶金工业
解析：耐高温、隔热；选A。
（16）简述将“神舟”三号无人航天试验飞船送入太空的“长征二号F ”捆绑式大推力运载火箭发射的物理原理和提高火箭最终速度的因素。
解析：①火箭点燃后生成的气体以很大速度向后喷出，根据动量守恒，火箭向前做反冲运动；②提高火箭最终速度的因素，一方面是喷气速度，另一方面是火箭开始飞行时的质量与燃料烧尽时的质量之比。喷气速度越大，质量比越大，火箭最终速度越大。
（17）火箭的主要燃料名叫“偏二甲肼”。已知该化合物的相对分子量为60，其中C占40％，H占13.33％，其余是N。 此燃料的氧化剂是N[,2]O[,4]，燃烧产物是N[,2]、CO[,2]、H[,2]O，写出燃烧时的化学方程式___________。
解析：C——（60×40％）/12＝2
H——（60×13.33％）/1＝8
N——（60×46.67％）/14＝2
偏二甲肼的分子式为C[,2]H[,8]N[,2]
C[,2]H[,8]N[,2]＋2N[,2]O[,4]→3N[,2]＋2CO[,2]＋4H[,2]O
（18）火箭起飞时，可以看到一级火箭中部会冒出红棕色气体，这是为了保证贮箱安全，由保险活动门自动开启所排放出的部分高压氧化剂变化而来的，其化学方程式为________。
解析：N[,2]O[,4]
2NO[,2]
（19）作为火箭推进器，最理想的能源材料是利用反物质，如正负电子的湮灭（[0][,-1]e＋[0][,+1]e＝2γ）时产生巨大的能量， 依此类推，试问1kgα粒子和它的反物质，湮灭时能产生______J的能量。
解析：依题意，湮灭时质量亏损△m＝2kg，由爱因斯坦质能方程，有
E＝△mc[2]＝2×（3×10[8]）[2]J
＝1.8×10[17]J
3 附带资料
本次发射的“神舟”三号是一艘正样无人飞船，飞船虽然没有载人，但飞船的技术状态与载人状态完全一致。飞船拟人载荷系统主要包括人体代谢模拟装置、拟人生理信号设备和形体假人。人体代谢模拟装置分别安装在飞船的返回舱和轨道舱，它能模拟真人的耗氧速率和耗氧量，消耗座舱内的氧气，同时能够模拟真人的产热率，向座舱内辐射热量，通过环控生保系统动态地把座舱内的氧分压和温度控制在医学要求的范围内；拟人生理信号设备能够生成心电、呼吸、体温以及血压等四类模拟人生理信号，这类信号作为舱载医学监控设备主机的数据源，使得医学监督系统在飞船无人飞行试验中得到充分考核，从而保证在载人飞行时对航天员生理信号的正确采集、处理和传输；形体假人包括头、躯干、四肢等14个部分，每一部分的重量、形状与真人基本一致，并且整个假人的质心与真人也基本一致，同时形体假人还能够满足航天服的穿脱，当安装在飞船座椅上时，其姿态以及质心能够与载人姿态保持一致，满足飞船飞行试验的需要。
在飞船无人飞行试验期间，使用拟人载荷设备，能够定量地模拟航天员的重要生理参数，从对无人飞船的考核来说，在相当大的程度上把无人飞船变成了有人飞船。
“神舟”三号飞船环绕地球飞行第一百零八圈到达南大西洋上空时，守候在那里的“远望”三号航天测量船向其发出了返回指令。飞船接到指令后由飞行姿态调整为返回姿态，返回舱与轨道舱分离，随即制动发动机点火，推动返回舱穿越大气层，向预定的落地区域飞去。
载人飞船返回地面，一般需要经历四个阶段制动飞行阶段、大气层自由下降阶段、再入大气层阶段、着陆阶段。
航天测控指挥部门向飞船发出返回指令后，飞船控制程序即指挥飞船调整飞行姿态，完成“掉头”动作，原处于后位的返回舱和推进舱变成前位，轨道舱和返回舱分离，完成“开锁”：轨道舱启动电源，各系统进入工作。接着返回舱和推进舱逐步减慢飞行速度，降低轨道飞行高度，向预定着陆区飞行。
当返回舱飞行高度约距地面80到40km之间，以每秒约8km 的速度飞行时，与大气层产生剧烈摩擦，成为闪光的火球，同时产生等离子层，形成电磁屏蔽。
飞船继续降低高度，启动着陆系统，拉出天线，抛掉底盖，打开主降落伞，返回舱在缓冲发动机作用下，安全平稳着陆。
说明：
以上所有资料、数据均取自有关报刊、网站等新闻媒体。