天體運動和宇宙航行學(xué)案

1、一、開普勒定律的應(yīng)用：R，地月距離 60R，月球繞地球公轉(zhuǎn)1. 如圖所示為登月飛船發(fā)射的簡化過程，已知地球的班級為 周期 27天，求飛船由近地點 A 到近月點 B 的時間。二、測天體的質(zhì)量及密度 ：（萬有引力全部提供向心力）2. 有一宇宙飛船到了某行星上 （ 該行星沒有自轉(zhuǎn)運動 ），以速度 v 接近行星表面勻速飛行， 測出運動()的周期為 T，已知引力常量為 G，則可得vTA 該行星的半徑為 22B該行星的平均密度為 G3T2C無法測出該行星的質(zhì)量D該行星表面的重力加速度為2vT3. 借助于物理學(xué)， 人們可以了解到無法用儀器直接測量的物理量， 使人類對自然界的認(rèn)識更完善。 現(xiàn)已知太陽光經(jīng)過時間

2、 t0 到達(dá)地球，光在真空中的傳播速度為c，地球繞太陽的軌道可以近似認(rèn)為是圓，地球的半徑為 R ，地球赤道表面的重力加速度為 g，地球繞太陽運轉(zhuǎn)的周期為 T，試 由以上數(shù)據(jù)以及你所知道的物理知識推算太陽的質(zhì)量 M 與地球的質(zhì)量 m 之 M 比為多大？ m三、行星表面重力加速度、軌道重力加速度問題： （重力近似等于萬有引力）4. 一衛(wèi)星繞某行星做勻速圓周運動， 已知行星表面的重力加速度為 g0，行星的質(zhì)量 M 與衛(wèi)星的質(zhì) 量 m之比 M /m= 81，行星的半徑 R0與衛(wèi)星的半徑 R 之比 R0/R3.6，行星與衛(wèi)星之間的距離 r 與 行星的半徑 R0 之比 r/R060。設(shè)衛(wèi)星表面的重力 加速

3、度 為 g，則 在衛(wèi)星 表面有GMm2 mg r經(jīng)過計算得出： 衛(wèi)星表面的重力加速度為行星表面的重力加速度的1/3600。上述結(jié)果是否正確？若正確，列式證明；若有錯誤，求出正確結(jié)果。5. 在勇氣號火星探測器著陸的最后階段，著陸器降落到火星表面上，在經(jīng)過多次彈跳才停下來， 假設(shè)著陸器第一次落到火星表面彈起后，到達(dá)最高點時高度為h，速度方向是水平的，速度大小為 v0，求他第二次落到火星表面時速度的大小，計算時不計火星大氣阻力，已知火星的一個 衛(wèi)星的圓軌道半徑為 r，周期為 T ，火星可視為半徑 r0 的均勻球體。四、人造衛(wèi)星、宇宙速度：6. 假如一做圓周運動的人造地球衛(wèi)星的軌道半徑增加到原來的 2

4、 倍，仍做圓周運動，則 （ ） A根據(jù)公式 vr 可知衛(wèi)星運動的線速度將增大到原來的2 倍B根據(jù)公式 Fm 2/r 可知衛(wèi)星所需的向心力將減小到原來的 1/2 C根據(jù)公式 F GMm/r2 可知地球提供的向心力將減小到原來的1/4D根據(jù)上述 B和 C中給出的公式可知，衛(wèi)星運行的線速度將減小到原來的2 /27. 將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道 1（如圖所示） ，然后再次點火，將衛(wèi)星送入同步 軌道 3。軌道 1、2 相切于 Q 點，2、3 相切于 P點，則當(dāng)衛(wèi)星分別在 1、2、 3 軌道上正常運行時，以下說法正確的是（）A衛(wèi)星在軌道 3上的速率大于軌道 1 上的速率。 B衛(wèi)星在軌道 3 上的角速度大于在軌

5、道 1 上的角速度。 C衛(wèi)星在軌道 1上經(jīng)過 Q 點時的加速度大于它在軌道 2上經(jīng)過 Q 點時的 加速度。D衛(wèi)星在軌道 2上經(jīng)過 P點的加速度等于它在軌道 3 上經(jīng)過 P點時的加速度。8. 我國發(fā)射的“嫦娥一號”探月衛(wèi)星簡化后的路線示意圖如圖所示，衛(wèi)星由地面發(fā)射后，經(jīng)過發(fā) 射軌道進(jìn)入停泊軌道，然后在停泊軌道經(jīng)過調(diào)速后進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，再次調(diào)速后進(jìn)入工作軌 道，衛(wèi)星開始對月球進(jìn)行探測，已知地球與月球的質(zhì)量之比為a ，衛(wèi)星的停泊軌道與工作軌道的半徑之比為 b ，衛(wèi)星在停泊軌道與工作軌道上均可視為做勻速圓周運動，則（ ）ab2A. 衛(wèi)星在停泊軌道運行的速度大于地球的第一宇宙速度B. 衛(wèi)星在停泊軌道和

6、工作軌道運行的速度之比為abC. 衛(wèi)星在停泊軌道和工作軌道運行的周期之比為b3D. 衛(wèi)星在停泊軌道和工作軌道運行的向心加速度之比為五、雙星問題：9. 兩個星球組成雙星，它們在相互之間的萬有引力作用下，繞連線上某點做周期相同的勻速圓周 運動?，F(xiàn)測得兩星中心距離為 R，其運動周期為 T，求兩星的總質(zhì)量。六、有關(guān)航天問題的分析：a=5m/s2,在衛(wèi)星中用彈簧秤懸掛一個質(zhì)85N，那么此時衛(wèi)星距地面的高度是10. 火箭發(fā)射衛(wèi)星的開始階段是豎直升高，設(shè)向上的加速度 量 m=9kg 的物體，當(dāng)衛(wèi)星升到某高度處，彈簧秤的示數(shù)為 多少千米？ (地球半徑 R=6400km ， g 取 10m/s2)11在半徑 R5 000 km 的某星球表面，宇航員做了如下實驗，實驗裝置如圖 6 甲所示豎直平面 內(nèi)的光滑軌道由軌道 AB 和圓弧軌道 BC 組成，將質(zhì)量 m 0.2 kg 的小球，從軌道 AB 上高 H 處 的某點靜止滑下，用力傳感器測出小球經(jīng)過 C 點時對軌道的壓力 F ，改變 H 的大小，可測出相 應(yīng)的 F 大小， F 隨 H 的變化關(guān)系如圖乙所示求：(1)圓軌道的半徑及星球表面的重力加速度(2)該星球的第一宇宙速度2解析：(1)小球過 C 點時滿足 F mgmvCr12又根據(jù) mg(H 2r)2mvC2聯(lián)立解得 F2mrgH5mg由題圖可知： H10.5 m時 F10；可解得