题目内容
有一质量为m的航天器靠近地球表面绕地球作匀速圆周运动(轨道半径等于地球半径),某时刻航天器启动发动机,向后喷气,在很短的时间内动能变为原来的
,此后轨道变为椭圆,远地点与近地点距地心的距离之比是2:1,经过远地点和经过近地点的速度之比为1:2.己知地球半径为R,地球表面重力加速度为g.
(1)求航天器在靠近地球表面绕地球作圆周运动时的周期T;
(2)求航天器靠近地球表面绕地球作圆周运动时的动能;
(3)在从近地点运动到远地点的过程中克服地球引力所做的功为多少?
| 4 | 3 |
(1)求航天器在靠近地球表面绕地球作圆周运动时的周期T;
(2)求航天器靠近地球表面绕地球作圆周运动时的动能;
(3)在从近地点运动到远地点的过程中克服地球引力所做的功为多少?
分析:(1)由重力提供向心力公式即可求解;
(2)航天器靠近地球表面绕地球做匀速圆周运动时重力提供向心力,求出速度,根据动能的公式即可求解动能;
(3)先求出喷气后航天器在近地点的动能,根据经过远地点和经过近地点的速度之比为1:2,求出航天器在远日点的动能,由动能定理即可求得克服地球引力做的功.
(2)航天器靠近地球表面绕地球做匀速圆周运动时重力提供向心力,求出速度,根据动能的公式即可求解动能;
(3)先求出喷气后航天器在近地点的动能,根据经过远地点和经过近地点的速度之比为1:2,求出航天器在远日点的动能,由动能定理即可求得克服地球引力做的功.
解答:解:(1)由牛顿第二定律得:
mg=m
解得:T=2π
(2)设航天器靠近地球表面绕地球做匀速圆周运动时的速度为v1,则
mg=m
解得:EK1=
mv12=
mgR
(3)由题意,喷气后航天器在近地点的动能为:EK2=
EK1=
mgR
航天器在远日点的动能为:EK3=
EK2=
mgR
由动能定理得:克服地球引力做的功为:W=EK2-EK3=
mgR
答:(1)航天器在靠近地球表面绕地球作圆周运动时的周期为2π
;
(2)航天器靠近地球表面绕地球作圆周运动时的动能为
mgR;
(3)在从近地点运动到远地点的过程中克服地球引力所做的功为
mgR
mg=m
| 4π2R |
| T2 |
解得:T=2π
|
(2)设航天器靠近地球表面绕地球做匀速圆周运动时的速度为v1,则
mg=m
| v12 |
| R |
解得:EK1=
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
(3)由题意,喷气后航天器在近地点的动能为:EK2=
| 4 |
| 3 |
| 2 |
| 3 |
航天器在远日点的动能为:EK3=
| 1 |
| 4 |
| 1 |
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由动能定理得:克服地球引力做的功为:W=EK2-EK3=
| 1 |
| 2 |
答:(1)航天器在靠近地球表面绕地球作圆周运动时的周期为2π
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(2)航天器靠近地球表面绕地球作圆周运动时的动能为
| 1 |
| 2 |
(3)在从近地点运动到远地点的过程中克服地球引力所做的功为
| 1 |
| 2 |
点评:本题主要考查万有引力提供向心力公式及动能定理的直接应用,难度适中.
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