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第十九章 全国高中生物理竞赛(第2页)

一进办公室,吴斌立马就感觉被一道犀利的眼光给瞪了一下,不用看他也知道是来自他们班主任陈芳的。

原因嘛……他自己当然也明白,虽然他经常抽空背背单词什么的,但和物理数学比起来英语上投入的时间还是太少,这次考试能有个五六十分估计都算是他阅读题全选b的策略做对了。

跟着蔡国平走到他办公桌旁,吴斌就看到蔡国平将一张卷子递到了他面前,并递给了他一支笔。

“来,做做看。”

一看到卷子,吴斌的心情立马好了不少,接过蔡国平递过来的笔就看起了题。

有人设想:可以在飞船从运行轨道进入返回地球程序时,借飞船需要减速的机会,发射一个小型太空探测器,从而达到节能的目的。

如图所示,飞船在圆轨道1上绕地球飞行,其轨道半径为地球半径的k倍(k大于1)。

当飞船通过轨道1的a点时,飞船上的发射装置短暂工,将探测器沿飞船原运动方向射出,并使探测器恰能完全脱离地球的引力范围,即到达距地球无限远时的速度恰好为零,而飞船在发射探测器后沿椭圆轨道2向前运动,其近地点b到地心的距离近似为地球半径r。

以上过程中飞船和探测器的质量均可视为不变。

已知地球表面的重力加速度为g。

(1)求飞船在轨道1运动的速度大小;

(2)若规定两质点相距无限远时引力势能为零,则质量分别为m、m的两个质点相距为r时的引力势能ep=r分之gmm,式中g为引力常量。

在飞船沿轨道1和轨道2的运动过程,其动能和引力势能之和保持不变,探测器被射出后的运动过程中,其动能和引力势能之和也保持不变。

1求探测器刚离开飞船时的速度大小;

2已知飞船沿轨道2运动过程中,通过a点与b点的速度大小与这两点到地心的距离成反比。

根据计算结果说明为实现上述飞船和探测器的运动过程,飞船与探测器的质量之比应满足什么条件。

题目下面画着的时候飞船返回地球的图。

‘这题,有点意思。

拿着笔的吴斌两眼发光。

第一问没什么难度,很简单的两方程联立求出大概算第一宇宙速度的答案。

吴斌拿起笔就开始写。

解:设地球质量为m,飞船质量为m,探测器质量为m’,当飞船与探测器一起绕地球做圆周运动时的速度为vo

根据万有引力定律和牛顿第二定律有(kr)分之gm(m+m’)(m+m)kr分之vo

对于地面附近的质量为mo的物体有mog=gmmor

解得:vo=根号k分之gr

第一问是很简单,但这第二问就有点意思了,题目给出了一个引力势能的式子,里面小坑相当多,总之先不要慌,不要想为啥是无限远,为啥引力势能带负号,这都是做完再想的事。

首先很明显,这里动能势能和不变,机械能守恒的表达式是ek+ep=0

所以就能把ep带代入进去。

得到

2分之1mv-kr分之gmm=0

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