2003年10月15日我國成功地發(fā)射了“神舟”五號載人飛船,9時9分50秒準(zhǔn)確進入預(yù)定軌道,此前飛船已與火箭分離,飛船質(zhì)量為7760千克,軌道傾角為42.4?,近地點高度200千米,遠地點高度350千米,15時57分飛船變軌成功,變軌后進入343千米的圓軌道,運行14圈.又于16日6時23分在內(nèi)蒙古主著陸場成功著陸,實際著陸點與理論著陸點只相差4.8千米,返回艙完好無損,宇航員楊利偉自主出艙.
(1)飛船返回時,在接近大氣層的過程中,返回艙與飛船最終分離.返回艙質(zhì)量為3噸,返回艙著陸,是由三把傘“接力”完成的.先由返回艙放出一個引導(dǎo)傘,引導(dǎo)傘工作16秒后,返回艙的下降速度由180米/秒減至80米/秒.假設(shè)這段運動是垂直地面下降的,且已接近地面,試求這段運動的加速度和引導(dǎo)傘對返回艙的拉力大小,
(2)已知萬有引力做功與路徑無關(guān),所以可以引進引力勢能,若取無窮遠為引力勢能零點,則引力勢能的計算公式為
EP=-
GMmr
,式中G為萬有引力恒量,M為地球質(zhì)量,m為物體的質(zhì)量,r為物體與地心的距離,又已知飛船在沿橢圓軌道運行的過程中經(jīng)過近地點時速度大小為7.835×103米/秒,試求飛船經(jīng)過近地點時的機械能以及經(jīng)過遠地點時的速度大小,已知G=6.67×10-11 牛米2/千克2,M=6×1024千克,地球半徑R=6.4×106米.
分析:(1)由于返回艙做勻減速運動,根據(jù)a=
v-v0
t
求這段運動中的加速度.這段運動中返回倉受引導(dǎo)傘的拉力T和重力mg兩個力作用,由牛頓第二定律求引導(dǎo)傘對返回艙的拉力.
(2)飛船經(jīng)過近地點時的機械能是動能與引力勢能之和,根據(jù)機械能守恒列式求經(jīng)過遠地點時的速度大。
解答:解:(1)返回艙做勻減速運動,由v-v0=at得     
得a=
v-v0
t
=
80-180
16
m/s2=-6.25 m/s2
由牛頓第二定律得 mg-F=ma     
則得  F=mg-ma=3000×(10+6.25)N=4.875×104 N 
(2)E1=Ek1+EP1=
1
2
mv12-
GMm
r1
=
1
2
×7760×(7.835×1032-
6.67×10-11×6×1024×7760
6.6×106
J=-2.32×1011 J 
由機械能守恒  Ek1+EP1=Ek2+EP2        
 得:
1
2
mv22-
GMm
r2
=E1    
1
2
mv22=E1+
GMm
r2
=-2.33×1011+
6.67×10-11×6×1024×7760
6.75×106
J=2.27×1011 J 
解得,v2=7.66×103 m/s   
答:(1)這段運動的加速度是-6.25 m/s2.引導(dǎo)傘對返回艙的拉力大小是4.875×104 N.
(2)飛船經(jīng)過近地點時的機械能是-2.32×1011 J,經(jīng)過遠地點時的速度大小是7.66×103 m/s.
點評:本題是勻變速直線運動規(guī)律和機械能守恒的綜合應(yīng)用,要讀懂題意,明白引力勢能的含義,并能正確列出機械能守恒方程,難度不大.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

2003年10月15日9時,我國神舟五號宇宙飛船,在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射,把中國第一位航天員楊利偉送入太空.飛船繞地球飛行的周期是91.64分,根據(jù)以上消息近似地把飛船運動看做繞地球做勻速圓周運動.試估算飛船距地面的高度.(已知:地球質(zhì)量為6.0×1024kg,地球的半徑R為6.4×103km)

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科目:高中物理 來源: 題型:

我國發(fā)射的“神舟”五號飛船于2003年10月15日上午9:00在酒泉載人航天發(fā)射場發(fā)射升空.按預(yù)定計劃在太空飛行了接近21小時,環(huán)繞地球14圈,在完成預(yù)定空間科學(xué)和技術(shù)試驗任務(wù)后北京時間10月16日6時07分在內(nèi)蒙古中部地區(qū)準(zhǔn)確著陸.試回答下列問題:
(1)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估計飛船的軌道半徑約是通訊衛(wèi)星軌道半徑的多少倍?(保留根號)
(2)當(dāng)返回艙降到距地面10km時,回收著陸系統(tǒng)啟動工作,彈出傘艙蓋后,連續(xù)完成拉出引導(dǎo)傘、減速傘、和主傘動作,主傘展開面積足有1200㎡由于空氣阻力作用有一段減速下落過程,若空氣阻力與速度的平方成正比,這一過程的收尾速度為14m/s.已知返回艙的質(zhì)量為8t,則當(dāng)返回艙速度為42m/s時的加速度為多大?(g取10m/s2

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科目:高中物理 來源: 題型:

2003年10月15日,隨著“神州五號”載人飛船的發(fā)射升空,設(shè)飛船在離地面高度為h,在一圓形軌道上做勻速圓周運動,地球半徑R,地球表面重力加速度為g.
求:(1)飛船在軌道上運行的速度大?
(2)飛船運行的周期?

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科目:高中物理 來源: 題型:

2003年10月15日我國成功發(fā)射了“神舟五號”飛船,總質(zhì)量為7790公斤,它在太空飛行14圈、歷時21小時斤,成功返回:2005年10月12日又成功發(fā)射了“神舟六號”,總質(zhì)量為8噸多,它在太空飛行77圈、歷時115小時33分后,成功返回.假定兩飛船的運動近似為勻速圓周運動,兩飛船的運行周期近似相等.比較兩飛船的飛行情況可知( 。
A、兩者運行時的角速度相等B、兩者運行的離地面的高度相等C、兩者運行時的向心加速度大小相等D、兩者運行時受到的萬行引力大小相等

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科目:高中物理 來源: 題型:

我國于2003年10月15日成功發(fā)射并回收了“神舟”五號載入飛船,已知“神舟”五號繞地球飛行了14圈共歷時約21小時,試計算飛船飛行軌道離地面的平均高度.取地球半徑R=6400km,g=10m/s2.設(shè)飛船飛行14圈都做相同的圓軌道運行.

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同步練習(xí)冊答案