高考物理人造衛(wèi)星系列問(wèn)題-資料下載頁(yè)
2024-11-09 01:03本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】考突出學(xué)科內(nèi)及跨學(xué)科間綜合創(chuàng)新能力考查的命題熱點(diǎn)，亦是考生備考應(yīng)試的難點(diǎn).透，難以建立清晰的物理情景.以明晰，對(duì)諸多公式含義模糊不清.化，萬(wàn)有引力做功，我們將其稱為不穩(wěn)定運(yùn)行即變軌運(yùn)動(dòng)；即衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運(yùn)行的速度越小。軌道半徑都在發(fā)生著變化.一個(gè)量確定后，另外兩個(gè)量也就唯一確定了。所必須具有的最小發(fā)射速度，叫做第一宇宙速度。當(dāng)v<v1時(shí)，物體落回地面；當(dāng)v>v1時(shí)，成為衛(wèi)星,軌道不再是圓。軌道半徑近似地可認(rèn)為等于地球半徑，速率v=，在所有繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星。中是線速度最大，周期最短。度約，周期約90min。星其軌道平面可與地軸有任意夾角.同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同.即T=24h;放置1顆，這樣地球的同步衛(wèi)星只能有120顆?？梢?jiàn)，空間位置也是一種資源。多次變軌后才能定點(diǎn)于預(yù)定的位置。在P點(diǎn)短時(shí)間加速后的速率為v2，進(jìn)入同步軌道后的速率為v4。試比較v1、v2、v3、v4的大小，并用。小于號(hào)將它們排列起來(lái)______。
【正文】 a b c4π r可由 r3= 求出 .已知式中 a的單位是 m,b的單位是 s,c的單位是 m/s2，則 ， b是地球自轉(zhuǎn)的周期， c是地球表面處的重力加速度 ， b是同步衛(wèi)星繞地心運(yùn)動(dòng)的周期， c是同步衛(wèi)星的加速度 ， b是地球自轉(zhuǎn)的周期， c是同步衛(wèi)星的加速度 ， b是同步衛(wèi)星繞地心運(yùn)動(dòng)的周期， c是地球表面處的重力加速度 (AD) 專題訓(xùn)練 ，具有極大的密度 .通過(guò)觀察已知某中子星的自轉(zhuǎn)速度 ω=60πrad/s，該中子星并沒(méi)有因?yàn)樽赞D(zhuǎn)而解體，根據(jù)這些事實(shí)人們可以推知中子星的密度 .試寫出中子星的密度最小值的表達(dá)式為 ρ=__ _ ，計(jì)算出該中子星的密度至少為 _______ kg/m3.（假設(shè)中子通過(guò)萬(wàn)有引力結(jié)合成球狀星體，保留 2位有效數(shù)字） 3ω2/4πG 1014 ，恰能在日落后 4小時(shí)的時(shí)候，觀察到一顆自己頭頂上空被陽(yáng)光照亮的人造地球衛(wèi)星，若該衛(wèi)星是在赤道所在平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，又已知地球的同步衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的軌道半徑約為地球半徑的 ，試估算此人造地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的周期為 _______ s. 104 專題訓(xùn)練 2G mR (第二宇宙速度 )v2= ,其中 G、 m、 R分別是引力常量、地球的質(zhì)量和半徑 .已知G= 1011Nm2/kg2,c= 108 m/ : （ 1）逃逸速度大于真空中光速的天體叫作黑洞，設(shè)某黑洞的質(zhì)量等于太陽(yáng)的質(zhì)量 m= 1030 kg，求它的可能最大半徑； （ 2）在目前天文觀測(cè)范圍內(nèi)，物質(zhì)的平均密度為 1027 kg/m3，如果認(rèn)為我們的宇宙是這樣一個(gè)均勻大球體，其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度 c，因此任何物體都不能脫離宇宙，問(wèn)宇宙的半徑至少多大？ 專題訓(xùn)練 解 :（ 1）任何天體均存在其所對(duì)應(yīng)的逃逸速度 22G mv=R其中 m、 R為天體的質(zhì)量和半徑 . 對(duì)于黑洞模型來(lái)說(shuō)，其逃逸速度大于真空中的光速 ，即v2＞ c，所以 ? 1 1 3 032 8 22 G m 2 6 .7 1 0 1 .9 8 10R = m = 2 .9 4 1 0 mc ( 2 .9 9 7 9 1 0 )（ 2）把宇宙視為普通天體，則其質(zhì)量 m=ρ V=ρ 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。由于每個(gè)星體的線度都小于兩星體之間的距離，滿足萬(wàn)有引力定律的使用條件 . O m m L （ 1）雙星均繞它們連線的中點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)運(yùn)動(dòng)的速率為 v，得 22v G mm=L2 LGmv=2LT計(jì)算 = 2 π L 2 2 L= π Lv G m1N（ 2）根據(jù)觀測(cè)結(jié)果，星體的運(yùn)動(dòng)周期 T觀測(cè)= T計(jì)算 ＜ T計(jì)算 這種差異是由雙星區(qū)均勻分布的暗物質(zhì)引起的，均勻分布在球體內(nèi)的暗物質(zhì)對(duì)雙星系統(tǒng)的作用與一質(zhì)量等于球內(nèi)暗物質(zhì)的總質(zhì)量 m′, 位于中點(diǎn) O處的質(zhì)點(diǎn)的作用相同 .設(shè)暗物質(zhì)作用后雙星的速度即為觀察到的速度 v觀測(cè) ，則有 ?觀 測(cè) 2 222v G m m mm = + GL2 L (L 2 ) 專題訓(xùn)練 v觀測(cè) = ?G (m + 4 m )2LO m m L 因?yàn)樵谥荛L(zhǎng)一定時(shí)，周期和速度成反比， 1N由 T觀測(cè) = T計(jì)算 得 觀 測(cè)1 1 1=vvN把以上各式代入得 / N 1m = m4設(shè)所求暗物質(zhì)的密度為 ρ ，則有 34 L N 1π () ρ =m3 2 4故 ρ = 33(N 1)m2π L 肼（ N2H4） 為燃料，以 NO2為氧化劑，反應(yīng)生成的氮?dú)夂退畾飧咚傧蚝髧姵觯剐l(wèi)星改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 已知 衛(wèi)星質(zhì)量 1t，某次點(diǎn)燃 544g肼 ，每燃燒 1mol肼釋放 568kJ化學(xué)能 ，求衛(wèi)星速度增大多少？ 解： 2N2H4+2NO2→3N 2+4H2O 17 mol 肼 共放能 106J，噴出物質(zhì)質(zhì)量為 m=，由于 Ek=p2/2m∝1/ m， 所以衛(wèi)星只得到 約 %的動(dòng)能 ，速度增大約 5m/s。 專題訓(xùn)練
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