稿件来源:高途
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必修2
第六章 万有引力与航天
6.4 万有引力理论的成就
研究天体运动规律
$2018$年$2$月$6$日,“猎鹰”重型火箭将一辆特斯拉跑车发射到太空。假设其轨道示意图如图$1$中椭圆Ⅱ所示,其中$A$、$C$分别是近日点和远日点,图中Ⅰ、Ⅲ轨道分别为地球和火星绕太阳运动的圆轨道,$B$点为轨道Ⅱ、Ⅲ的交点,若运动中只考虑太阳的万有引力,则以下说法正确的是$(\qquad)$
跑车经过$A$点时的速率大于火星绕日的速率
","跑车经过$B$点时的加速度大于火星经过$B$点时的加速度
","跑车在$C$点的速率一定大于火星绕日的速率
","跑车由$A$到$C$的过程中动能减小,机械能也减小
"]$\rm A$、地球和火星可看作绕太阳做匀速圆周运动,向心力由万有引力提供,则有$G\dfrac{Mm}{r^{2}} = m\dfrac{v^{2}}{r}$,解得$v = \sqrt{\dfrac{GM}{r}}$,因为地球轨道半径小于火星轨道半径,故地球绕日速率大于火星绕日速率,跑车在$A$点做离心运动远离太阳,而地球在$A$点做匀速圆周运动,故跑车在$A$点向心加速度大于地球在$A$点向心加速度,故跑车在$A$点的速率大于地球在$A$点的速率,大于火星绕日速率,故$\rm A$正确;
$\rm B$、万有引力提供加速度,则有$G\dfrac{Mm}{r^{2}} = ma$,解得$a = G\dfrac{M}{r^{2}}$,跑车和火星都经过$B$点,$r$相同,所以加速度大小也相同,故$\rm B$错误;
$\rm C$、由$\rm A$选项分析知,轨道半径越大,圆周运动的速率越小,则火星绕日速率大于过$C$点的圆轨道的绕日速率,且跑车在$C$点是做近心运动,万有引力提供的加速度大于向心加速度,即此时跑车在椭圆轨道$C$点的速率比过$C$点的圆轨道的绕日速率还要小,所以火星绕日速率应大于跑车在$C$点的速率,故$\rm C$错误;
$\rm D$、跑车由$A$到$C$过程中,万有引力看作重力,过程中只有重力做负功,速度减小,动能减小,动能转化为重力势能,机械能守恒,故$\rm D$错误。
故选:$\rm A$。
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