高考物理人造衛(wèi)星系列問題-wenkub.com
2024-11-05 01:03 本頁面
【正文】 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 %的動能 ，速度增大約 5m/s。m2/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)量等于太陽的質(zhì)量 m= 1030 kg，求它的可能最大半徑； （ 2）在目前天文觀測范圍內(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 . 對于黑洞模型來說，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 這個(gè)速度叫 第三宇宙速度 。 V1=vV2= 當(dāng)物體的速度大于或等于 ，衛(wèi)星就會脫離地球的吸引，不再繞地球運(yùn)行。 專題聚焦 例 7. 歐洲航天局用阿里亞娜火箭發(fā)射地球同步衛(wèi)星。Mu2+189。 u0 v0 u v 專題聚焦 解答 : 在該過程中探測器和行星組成的 系統(tǒng)動量守恒 ；探測器接近行星和遠(yuǎn)離行星的初、末位置系統(tǒng)的勢能相等，因此 始、末狀態(tài)的系統(tǒng)動能也相等 。 ⑷ 利用萬有引力 u0 v0 u v 專題聚焦 當(dāng)空間探測器從行星旁繞過時(shí)，由于行星對它的萬有引力的作用，可以使探測器的運(yùn)動速率增大，這種現(xiàn)象被稱為“ 彈弓效應(yīng) ”。電纜線通過周圍電離層中的離子形成回路，給航天飛機(jī)中的電器供電。 例 4. 已知在地球繞日軌道上，每平方米面積上得到的太陽輻射功率為 P0=，若利用太陽帆為處于該位置的質(zhì)量為 M=50kg的某探測器加速，設(shè)計(jì)所用薄膜的面積為S=4 104m2，設(shè)照到薄膜上的光子全部被吸收，那么探測器得到的加速度將是多大？ 解答 :已知量為 P0、 M、 S 3 20PSa = = 3 .6 1 0 m / scM 專題聚焦 由光子能量 E=hν 和動量 p=h/λ 可得到關(guān)系式 E=pc 設(shè)在時(shí)間 t內(nèi)單位面積內(nèi)薄膜上接收到的光子數(shù)為 n，則接收到的太陽能的功率為 P0=nE/t=npc/t； 由于光子全部被吸收，每個(gè)光子的動量變化為 p，對這些光子用動量定理可得： f=np/t， 因此整個(gè)薄膜上受到的壓力大小為 0PSF = fS =c利用 F=Ma，可求探測器的加速度 例 4. 已知在地球繞日軌道上，每平方米面積上得到的太陽輻射功率為 P0=，若利用太陽帆為處于該位置的質(zhì)量為 M=50kg的某探測器加速，設(shè)計(jì)所用薄膜的面積為 S=4 104m2，設(shè)照到薄膜上的光子全部被吸收，那么探測器得到的加速度將是多大？ ⑶ 利用地球磁場 F 專題聚焦 地球人造衛(wèi)星在地球磁場中運(yùn)行 .地磁場的 水平分量 總是由南向北 的 (兩極地區(qū)除外 ),衛(wèi)星的 運(yùn)行方向 一般都是 由西向東 的 (這樣在發(fā)射時(shí)可以利用地球自轉(zhuǎn)而使衛(wèi)星具有的速度 ,約 4 102m/s).在衛(wèi)星下方懸掛一根足夠長的導(dǎo)線 ,讓它隨衛(wèi)星一起運(yùn)動而切割地磁場的磁感線 ,就能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 ,方向 自下而上 .又由于從 地面往上 60km到 1000km范圍 內(nèi)的大氣層是電離層 ,由于太陽 的輻射作用 ,其中部分氣體分子 被電離 ,使該層大氣成為導(dǎo)體 ,能 夠和懸繩一起組成閉合回路 .這 就是利用地磁場進(jìn)行“懸繩發(fā)電” 的原理。T=82kg。求： ①探測器得到的推動力 F是多大？ ②探測器的目的地是博雷利彗星，計(jì)劃飛行３年才能到達(dá)，試估算深空一號所需攜帶的氙的質(zhì)量。 根據(jù)類似的思路，還有人設(shè)計(jì)出 “ 微波爐 發(fā)動機(jī) ” ，即使微波的頻率和所用 “ 燃料 ” 分 子的固有頻率相等，使其發(fā)生 共振 ，分子動能迅速增大，再將它定向噴出，利用反沖使航天器得到加速。 由于摩擦阻力做負(fù)功所以衛(wèi)星的 機(jī)械能減小 ；由于重力做正功所以 重力勢能減小 ；由上述規(guī)律可知衛(wèi)星 動能將增大 (說明重力做的功大于克服阻力做的功，外力做的總功為正 )。 專題聚焦 例 2.“神舟六號”順利發(fā)射升空后，在離地面 345km的圓軌道上運(yùn)行了 108圈。設(shè)衛(wèi)星在近地圓軌道上運(yùn)行的速率為 v1，在 P點(diǎn)短時(shí)間加速后的速率為 v2，沿轉(zhuǎn)移軌道剛到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn) Q時(shí)的速率為 v3，在 Q點(diǎn)短時(shí)間加速后 進(jìn)入同步軌道后的速率為 v4。 (3)軌道半徑為 r= 104 h== 104km一定的 . (4)線速度大小為 v=ω 0r= 103m/s為定值，繞行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同 即由西向東 . 專題聚焦 專題聚焦 三顆同步衛(wèi)星反射信號可以覆蓋整
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