高考物理人造衛(wèi)星系列問(wèn)題-免費(fèi)閱讀
【正文】 4πR 3/3 其中 R 為宇宙的半徑， ρ 為宇宙的密度，則宇宙的逃逸速度為 22G mv=R由于宇宙密度使得其逃逸速度大于光速 c，即 v2＞ c,則由以上三式可得 ?22 6 1 03cR = 4 .0 1 1 0 m , 合 4 .2 4 1 0 光 年8 π ρ G 專題訓(xùn)練 N 統(tǒng)，雙星系統(tǒng)由兩個(gè)星體構(gòu)成，每個(gè)星體的線度都遠(yuǎn)小于兩星體之間的距離 .且距離其他星體很遠(yuǎn)，可以當(dāng)作孤立系統(tǒng)來(lái)處理 .現(xiàn)知某雙星系統(tǒng)中每個(gè)星體的質(zhì)量都是 m，兩者相距 L，它們正圍繞兩者連線的中點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng) . （ 1）試計(jì)算該雙星系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)周期 T計(jì)算 ； （ 2）若實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到的運(yùn)動(dòng)周期為 T觀測(cè) ，且 T觀測(cè) ： T計(jì)算 =1： （ N＞ 1） .為了解釋 T觀測(cè) 與 T計(jì)算 的不同，目前有一種流行的理論認(rèn)為，在宇宙中可能存在一種望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)不到的暗物質(zhì) .作為一種簡(jiǎn)化模型，我們假定在以這兩個(gè)星體連線為直徑的球體內(nèi)均勻分布著這種暗物質(zhì) .若不考慮其他暗物質(zhì)的影響，請(qǐng)根據(jù)這一模型和上述觀測(cè)結(jié)果確定該星系間這種暗物質(zhì)的密度 . 專題訓(xùn)練 解析： 如圖所示。達(dá)到第二宇宙速度的還受到太陽(yáng)的引力。 其中 向心力 f的大小不超過(guò)重 力的 %，因此在計(jì)算中 可以認(rèn)為萬(wàn)有引力和重力大 小相等 。 例 6. 質(zhì)量為 m的探測(cè)器以相對(duì)于太陽(yáng)的速率 v0飛向太陽(yáng)系的一個(gè)質(zhì)量為 M的行星，此時(shí)該行星相對(duì)于太陽(yáng)的速率為u0；探測(cè)器繞過(guò)行星后相對(duì)于太陽(yáng)的速率變?yōu)?v，這時(shí)該行星相對(duì)于太陽(yáng)的速率為 u；為了研究方便，假設(shè) v0、 u0、v、 u的方向都互相平行，只考慮該 探測(cè)器和該行星之間的萬(wàn)有引力。 專題聚焦 這種方法為衛(wèi)星提供電能并不真正可取 .因?yàn)?感應(yīng)電流總是阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng) 的 ,(用右手定則可以判定在 懸繩中 的感應(yīng)電流方向向上 ,所受的安培力向西 )在發(fā)電的同時(shí) ,衛(wèi)星必受到安培力的阻礙作用 ,一定有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 .不過(guò)在 衛(wèi)星需要降低運(yùn)行軌道時(shí) ,可以采用這種方法 . 專題聚焦 例 6. 美國(guó)科學(xué)家曾在航天飛機(jī)上做過(guò)“衛(wèi)星懸繩發(fā)電”實(shí)驗(yàn)．當(dāng)時(shí)航天飛機(jī)在赤道上空以 的速度從西向東做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所在處地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B= 105T。 解答 : 已知量為 :等效電流 I,噴出速度 v,離子電量 q,離子荷質(zhì)比 q/m. Δ mF = vΔ tqIt???Δ mm=Δ qq0 .0 2 5 NIvk??m IvF=q,21U q = m v2 P U I? 專題聚焦 ① 設(shè)時(shí)間 Δt 內(nèi)噴出的氙離子質(zhì)量為 Δm ，由動(dòng)量定理有 噴出的氙離子的荷質(zhì)比 qk=m由電流的定義： 而 可得 這個(gè)推力相當(dāng)小，產(chǎn)生的加速度也非常小 (約 104m/s2)，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)加速，探測(cè)器得到的速度將是很大的（每年增加 3km/s）。航天器的姿態(tài)控制、軌道維持以及遠(yuǎn)程探測(cè)器的運(yùn)行動(dòng)力，就不能完全靠化學(xué)燃料了。 v1 v2 v3 v4 專題聚焦 P Q 解答 :根據(jù)題意有 v2v1,v4v3 而 v v4是繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星的線速度，由下式 知 v1v4 ?G M 1v=r r故結(jié)論為 v2v1v4v3 衛(wèi)星沿橢圓軌道由 P→ Q運(yùn)行 時(shí)，由 機(jī)械能守恒 可知，其重 力勢(shì)能逐漸增大，動(dòng)能逐漸減小，因此有 v2v3 衛(wèi)星的回收實(shí)際上是衛(wèi)星發(fā)射過(guò)程的逆過(guò)程 四、不同高度的衛(wèi)星 ?G M 1v=r r ?33rT = 2 π rGM 可知 ,在所有繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星中， 離地面越高的衛(wèi)星，軌道 半徑越大、線速度越小、周期越大 。 ?同步衛(wèi)星 地球同步衛(wèi)星是 相對(duì)地球表面靜止 的 穩(wěn)定運(yùn)行 衛(wèi)星 . 專題聚焦 神舟六號(hào)飛船的運(yùn)行軌道離地面的高度為 345 km，線速度約 ，周期約 90min。 即衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運(yùn)行的周期越長(zhǎng) 。 31GMv = = g R = 7 .9 1 0 m / sR當(dāng) vv1時(shí)，物體 落回地面 ； 當(dāng) vv1時(shí)，成為衛(wèi)星 ,軌道 不再是圓 。 例 1. 如圖所示，某次發(fā)射同步衛(wèi)星時(shí)，先進(jìn)入一個(gè)近地的圓軌道，然后在 P點(diǎn)點(diǎn)火加速，進(jìn)入橢圓形轉(zhuǎn)移軌道（該橢圓軌道的近地點(diǎn)為近地圓軌道上的 P，遠(yuǎn)地點(diǎn)為同步軌道上的 Q），到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)再次自動(dòng)點(diǎn)火加速，進(jìn)入同步軌道。如果不進(jìn)行軌道維持，由于飛船受軌道上稀薄空氣的摩擦阻力，軌道高度會(huì)逐漸降低，在這種情況下飛船的動(dòng)能、重力勢(shì)能和機(jī)械能變化情況將會(huì)是 Ａ .動(dòng)能、重力勢(shì)能和機(jī)械能都逐漸減小 Ｂ .重力勢(shì)能逐漸減小，動(dòng)能逐漸增大，機(jī)械能不變 Ｃ .重力勢(shì)能逐漸增大，動(dòng)能逐漸減小，機(jī)械能不變 Ｄ .重力勢(shì)能逐漸減小，動(dòng)能逐漸增大，機(jī)械能逐漸減小 解答 :由于阻力很小，軌道高度的變化很慢， 衛(wèi)星運(yùn)行的每一圈仍可認(rèn)為是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。已知深空一號(hào)離子發(fā)動(dòng)機(jī)向外噴射氙離子的等效電流大小為 I=，氙離子被噴出時(shí)的速度是 v= 104m/s。只要給探測(cè)器安上面積足夠大的薄膜，并讓它正對(duì)太陽(yáng)，就能從太陽(yáng)得到源源不斷的動(dòng)力。
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