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
我国于$2024$年$4$月$25$日成功发射“神舟十八号”载人飞船。如图所示,“神舟十八号”载人飞船发射后先在近地圆形轨道Ⅰ上运动,到达轨道$a$点时变轨进入椭圆轨道Ⅱ,到达$b$点时再次变轨进入圆轨道Ⅲ,在轨道Ⅲ载人飞船离地球表面的距离为$h$,地球表面的重力加速度为$g$,地球的半径为$R$,引力常量为$G$,忽略地球自转。
试判断载人飞船在圆轨道Ⅰ由$a$点进入椭圆轨道Ⅱ时是加速还是减速,并说明理由;
见解析
"]]加速,载人飞船在$a$点经圆轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ要做离心运动,故要加速。
求地球的质量$M$和平均密度$\rho$;
地球的质量$\\dfrac{gR^{2}}{G}$,平均密度$\\dfrac{3g}{4\\pi GR}$
"]]根据万有引力与重力的关系$G\dfrac{Mm}{R^{2}} = mg$
所以$M = \dfrac{gR^{2}}{G}$
解得$\rho = \dfrac{M}{\dfrac{4}{3}\pi R^{3}} = \dfrac{3g}{4\pi GR}$
求载人飞船在圆轨道Ⅲ上运行时的线速度$v$大小。
载人飞船在圆轨道Ⅲ上运行时的线速度$\\sqrt{\\dfrac{gR^{2}}{R + h}}$
"]]当飞船在圆轨道Ⅲ上运行时,根据万有引力提供向心力有$G\dfrac{Mm}{(R + h)^{2}} = m\dfrac{v^{2}}{R + h}$
所以$v = \sqrt{\dfrac{gR^{2}}{R + h}}$
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