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【题目】2005年10月12日9时,“神舟”六号飞船一飞冲天,一举成功,再次把中国人“巡天遥看一天河”的陆地梦想变成“手可摘星辰,揽明月”的太空现实,“神舟”六号飞船点火发射时,飞船处于一个加速过程,在加速过程中宇航员处于超重状态.人们把这种状态下宇航员所受支持力FN与在地表面时重力mg的比值K=称为载荷值.
(1)假设宇航员聂海胜和费俊龙在超重状态下载荷值的最大值为K=7,飞船带着宇航员竖直向上发射时的加速度a的最大值为多少?已知地球表面的重力加速度g=10m/s2.
(2)“神舟”六号飞船发射成功后,进入圆形轨道稳定运行,运转一圈的时间为T,地球的半径为R,表面的重力加速度为g,万有引力常量为G,试求这一圆形轨道距离地面的高度H.(用R、g、T、G表示)
【答案】(1)飞船带着宇航员竖直向上发射时的加速度a的最大值为60m/s2.
(2)一圆形轨道距离地面的高度为﹣R.
【解析】
运用牛顿第二定律对宇航员研究,因为,所以,a越大,k越大,为了保护宇航员的安全,k最大只能取7,把7代入,即得a的最大值.飞船绕地球做圆周运动所需向心力由地球对飞船的万有引力提供,由牛顿第二定律可以分析答题.
由牛顿第二定律可知:,
由题意可知:,
整理得:,
将代入解得:;
设地球的质量为M,飞船的质量为m,飞船距地面高为h,万有引力充当向心力,由牛顿第二定律得:
,
在地球表面附近,重力等于万有引力,即,
解得:
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