题目内容

设想宇航员完成了对火星表面的科学考察任务,乘坐返回舱返回围绕火星做圆周运动的轨道舱.为了安全,返回舱与轨道舱对接时,二者必须具有相同的速度.返回舱在返回过程中需克服火星引力做,式中各量分别为:返回舱与人的总质量为m,火星表面重力加速度为g,火星半径为R,轨道舱到火星中心的距离为r,如图所示,不计火星表面大气对返回舱的阻力和火星自转的影响.

(1)

求返回舱与轨道舱对接时,返回舱(包括人)的动能.

(2)

该宇航员乘坐的返回舱至少需要获得多少能量,才能返回轨道舱?

答案:
解析:

(1)

解:设火星的质量为M,轨道舱的质量为.在火星表面处有:

………………………(2分)

轨道舱绕火星做圆周运动时,有:

………………………(2分)

对接时,返回舱与轨道舱的速度相等.由以上两等式解得:

………………………(2分)

所以对接时返回舱的动能为:

………………………(2分)

(2)

设返回舱返回过程中需要的能量为E,由能量守恒定律

知:………………………(2分)

则:………………………(2分)


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