太阳帆是一种不带机械动力装置的轻便航天器,它像帆船利用风的压力前进一样,利用太阳光和太阳风的压力,作用在帆上来加速飞行.那么,光有压力吗?回答是肯定的.当彗星飞近太阳时,彗星上的部分物质升华和蒸发为气体,形成一条总是背向太阳的尾巴,就曾被认为是太阳光的压力作用的结果(后来弄清楚主要是太阳风作用的结果).从理论上来说,光是光子形成的,每个光子都有一定的能量.当光子撞在帆上被吸收时,这就是光的压力.如光子被反射,压力还会增加.当然,光压是非常小的.在地球上,一个绝对黑体,即光被完全吸收的物体,每平方米上大约只受到2.5×10
-6N的光压.但在太空真空中,太阳光压仍能发挥作用.早在20世纪20年代,齐奥尔科夫斯基就提出了太阳帆的概念.光压虽然很小,但可以长期不间断地作用.理论研究表明,在进入太空的航天器上拉起一张巨大的帆,可为航天器提供足够的动力.如果帆面(看成正方形)边长300米,可使500千克的航天器从静止开始沿半椭圆轨道,经200天的加速飞到火星.如果帆面边长增大到2000米,则可使5吨的飞船飞离太阳系.
看完这篇文章,提起了小明的探究兴趣,小明想进一步研究力和运动之间的关系,于是他设计了如图的实验.用钩码通过细线去拉动小车,不断改变钩码的重量G和小车的质量m,来研究不同受力的情况下小车的运动状态改变的情况.
图中打点计时器每隔0.02s在纸带上打一个,小明每次测出5个间隔内小车运动的距离,记录在表中.(不考虑小车与木板,绳与滑轮之间的摩擦)
(1)将表中空白的地方填上数据
G=1N m=1kg |
| 第0.1s内 | 第0.2s内 | 第0.3s内 | 第0.4s内 | … |
S(m) | 0.005 | 0.015 | 0.025 | 0.035 | |
G=2N m=1kg |
| 第0.1s内 | 第0.2s内 | 第0.3s内 | 第0.4s内 | … |
S(m) | 0.01 | 0.03 | | 0.07 | |
G=2N m=2kg |
| 第0.1s内 | 第0.2s内 | 第0.3s内 | 第0.4s内 | … |
S(m) | 0.005 | 0.015 | 0.025 | | |
(2)小明用钩码通过细线拉动小车,而不是使用弹簧测力计,这样做有什么好处?
(3)根据文中的信息和小明实验的数据,计算边长为2000米,质量为5t的太阳帆航天器仅仅在光压的作用下从静止开始运动1天后,经过的总路程约是多少?(假设太阳帆为绝对黑体,且受到的太阳光压大小不变)
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