题目内容

10.2010年12月25日,印度一枚搭载GSAT-5P卫星的GSLV-P06运载火箭在发射升空约两分钟后,突然偏离轨道,几分钟后,火箭在空中猛烈爆炸,卫星也随之成为碎片,落入印度东部的孟加拉湾,现将上述过程简化为以下模型:
火箭在地面上由静止出发竖直向上做匀加速直线运动,加速度的大小约为5m/s2,2分钟后,火箭失去动力,设整个过程中火箭的质量保持不变,空气阻力不计,g取10m/s2,求:
(1)失去动力时火箭的速度多大?
(2)火箭上升的最大高度是多少?
(3)火箭从发射起经多长时间落回地面?

分析 (1)根据速度时间公式求出失去动力时火箭的速度.
(2)根据位移时间公式求出匀加速运动的位移,结合速度位移公式向上匀减速直线运动的位移,从而得出火箭上升的最大高度.
(3)根据最大高度求出返回做自由落体运动的时间,结合匀加速和匀减速运动的时间,得出总时间.

解答 解:(1)失去动力前火箭做初速度为零的匀加速直线运动,
v=at=5×120m/s=600m/s                           
(2)火箭在失去动力前上升的高度为:
${h}_{1}=\frac{1}{2}a{t}^{2}=\frac{1}{2}×5×12{0}^{2}m$=3.6×104m,
失去动力后,火箭竖直向上做匀减速运动,加速度为a′=-g=-10m/s2,
上升的高度为${h}_{2}=\frac{0-{v}^{2}}{2a′}=\frac{0-60{0}^{2}}{2×(-10)}m$=1.8×104m,
所以火箭上升的最大高度为H=${h}_{1}+{h}_{2}=3.6×1{0}^{4}+1.8×1{0}^{4}$m=5.4×104m
(3)失去动力前所用时间t1=120s,
失去动力后上升到最高点所用时间${t}_{2}=\frac{0-v}{a′}=\frac{0-600}{-10}s=60s$,
火箭从最高点落回地面的过程做自由落体运动,故有:
H=$\frac{1}{2}g{{t}_{3}}^{2}$得:${t}_{3}=\sqrt{\frac{2H}{g}}=\sqrt{\frac{2×5.4×1{0}^{4}}{10}}s=60\sqrt{3}≈$=103.92 s      
所以火箭从发射到落回地面共历时:
t=${t}_{1}+{t}_{2}+{t}_{3}=180s+60\sqrt{3}$s=283.92s                          
答:(1)失去动力时火箭的速度600m/s
(2)火箭上升的最大高度是5.4×104m
(3)火箭从发射起经103.92s时间落回地面.

点评 解决本题的关键理清火箭在整个过程中的运动规律,结合速度时间公式、位移时间公式、速度位移公式灵活求解,难度不大.

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