【矩道物理】神舟十三号成功发射，物理考点抢先看

10月16日零时23分神舟十三号载人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空，零时33分载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，顺利将3名航天员送入太空，飞行乘组状态良好，发射取得圆满成功。在祝贺神舟十三号成功发射的同时，让我们一起了解一下飞船发射过程中涉及到的中学物理知识点吧。

物理学在载人航天工程中发挥着重要的作用，随着我国航天事业的飞速发展，航空航天相关的热点话题频繁出现在近年来中高考试题中。这也体现了物理知识在科技发展、生活应用等方面的实践要求。

1、第一宇宙速度

在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。这一速度就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度。

神舟十三号想要脱离地球引力到达太空，首先必须要达到第一宇宙速度，才能绕地球运动，进而与天和核心舱完成令国人瞩目的首次径向对接。神舟十三号绕地球运动时可视作匀速圆周运动，万有引力提供圆周运动的向心力，所以：

由此解得：

近地轨道的飞行器飞行高度一般在100~400km，远小于地球半径（6400km），可近似用地球半径代替R，已知地球质量与引力常量，求得：

实际上，由于有轨道高度的存在，神舟十三号的绕行速度略小于第一宇宙速度。如果飞船的速度大于第一宇宙速度小于第二宇宙速度，则飞船的轨道为椭圆。

2、超重与失重

当物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象，叫做超重。

当物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象，叫做失重。

电梯的上升和下降过程就体现了超重、失重现象。

火箭点火升空过程中，飞船处于向上加速过程，此时有：

火箭对飞船及航天员的推力远大于飞船和航天员的自身重力，航天员处于超重状态，而且通常会是人体自重的4到5倍。因此航天员都是躺在椅子上的，否则，人体中的血液由于惯性作用，还将保持原来状态，导致大量血液淤积在静脉中，使头部血压降低，足部血压升高，严重者还可能导致意识丧失。

当飞船发射到太空时，飞船处于完全失重状态。

上图为航天员王亚平在神舟十号任务期间首次面向中小学生开展太空授课和天地互动交流等科普教育活动，向广大中小学生展示在完全失重的状态下水在表面张力作用下呈现球状的现象。据介绍，在神舟十三号任务中策划了更加形式多样的科普教育活动，“太空老师”将为大家带来太空授课第二课，让我们一起期待吧！

3、反冲原理--动量守恒

根据动量守恒定律，如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动，这个现象叫做反冲。

把弯管装在可旋转的盛水容器下部，当水从弯管流出时，容器就旋转了起来。

神舟十三号之所以能顺利升空就是应用了反冲原理，靠发动机喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。

设火箭飞行时在极短的时间△t内喷射燃气的质量是△m，喷出的燃气相对喷气前火箭的速度是u，喷出燃气后火箭的质量是m。我们设法计算火箭在这样一次喷气后增加的速度△v。

以喷气前的火箭为参考系。喷气前火箭的动量是0,喷气后火箭的动量是m△v，燃气的动量是△mu。根据动量守恒定律，喷气后火箭和燃气的总动量仍然为0,所以有

解出：

上式表明，火箭喷出的燃气的速度u越大、火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比△m/m越大，火箭获得的速度△v就越大。现代火箭喷气的速度目前难以大幅度提高，因此，若要提高火箭的速度，需要在减轻火箭本身质量上面下功夫。

载人航天工程还涉及到很多物理知识，无论是空间站的发射还是神舟系列飞船的正常运行，都离不开物理学中一些基本原理的支持，尤其是牛顿运动定律和万有引力定律，掌握这些原理是发展航天事业的基础，能够帮助航天器设计专业人员和航天员解决相关问题，在航天工程的发展中有很重要的应用。

神舟十三号载人飞行任务是空间站关键技术验证阶段第六次飞行任务，也是该阶段最后一次飞行任务，让我们预祝中国载人航天的又一次成功！

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