2、BD;
3.(徐州市2008屆摸底考試)據(jù)報道,我國將于07年秋季發(fā)射“嫦娥1號”衛(wèi)星,某同學查閱了一些與地球、月球有關(guān)的數(shù)據(jù)資料如下:
地球半徑R=6400km,月球半徑r=1740km,地球表面重力加速度g0=9.80m/s2,月球表面重力加速度g′=1.56m/s2,月球繞地球轉(zhuǎn)動一周時間為T=27.3天
請你利用上述物理量的符號表示:
(1)“嫦娥1號”衛(wèi)星繞月球表面運動一周所需的時間;
(2)月球表面到地球表面之間的最近距離。
答案:1、(1)如圖
(2)0.05m/s2 (3)m/s;
2.(07全國卷Ⅱ)假定地球、月亮都是靜止不動,用火箭從地球沿地月連線向月球發(fā)射一探測器。假定探測器在地球表面附近脫離火箭。用W表示探測器從脫離火箭處飛到月球過程中克服地球引力做的功,用Ek表示探測器脫離火箭時的動能,若不計空氣阻力,則( )
A.Ek必須大于或等于W,探測器才能到達月球
B.Ek小于W,探測器也可能到達月球
C.Ek=W/2,探測器一定能到達月球
D.Ek=W/2,探測器一定不能到達月球
1.(東臺市2008屆第一次調(diào)研)如圖甲所示,在一端封閉、長約lm的玻璃管內(nèi)注滿清水,水中放一個蠟燭做的蠟塊,將玻璃管的開口端用膠塞塞緊.然后將這個玻璃管倒置,在蠟塊沿玻璃管上升的同時,將玻璃管水平向右移動.假設(shè)從某時刻開始計時,蠟塊在玻璃管內(nèi)每1s上升的距離都是10cm,玻璃管向右勻加速平移,每1s通過的水平位移依次是2.5cm、7.5cm、12.5cm、17.5cm.圖乙中,y表示蠟塊豎直方向的位移,x表示蠟塊隨玻璃管通過的水平位移,t=0時蠟塊位于坐標原點。
(1)請在圖乙中畫出蠟塊4s內(nèi)的軌跡;
(2)求出玻璃管向右平移的加速度;
(3)求t=2s時蠟塊的速度v。
4.推論法:記住一些重要結(jié)論,如一些圓周運動的臨界值,再如常用到的黃金代換“GM=gR2”等等。一些很重要的表達式及數(shù)據(jù)對于迅速分析題目很有幫助。
類型一利用運動的合成與分解解題
[例1]在離地面高為h,離豎直光滑墻的水平距離為s1處,有一小球以v0的速度向墻水平拋出,如圖所示。小球與墻碰撞后落地,不計碰撞過程中的能量損失,也不考慮碰撞的時間,則落地點到墻的距離s2為多少?
導示: 小球拋出后先做平拋后作斜拋,題目要求的是斜拋的水平距離。
該題有兩種處理方法:方法一,分段處理,先分解平拋,后再分解斜拋,從而求得問題的結(jié)果! 方法二,對整個過程進行研究,抓住運動過程中的受力特點,可以將該曲線運動向水平和豎直分解,豎直方向只受重力,做自由落體運動;水平方向不受外力,所以先水平向左做勻速,碰后向右做速度相同的勻速直線運動。
豎直方向:由h=gt2得t=
水平方向:s1+s2=v0t得s2=v0-s1
故答案為:v0-s1
處理曲線運動時,其基本思路是將曲線運動分解為兩個直線運動去討論,這種方法不僅對拋體運動適用,對其他較為復雜曲線運動也適用,而且有時候顯得更為方便。這一點,在處理帶電粒子在電場中運動的問題時也會有所體現(xiàn)。
類型二“黃金代換”的應(yīng)用
在衛(wèi)星問題中,一般并不告訴我們地球的質(zhì)量M,而是告訴重力加速度,由于地球表面重力加速度與物體所受重力近似相等,所以可得:mg=即GM=gR2。我們把GM=gR2稱為“黃金代換”。
[例2](啟東市2008屆高三第一次調(diào)研)我國在2010年實現(xiàn)探月計劃--“嫦娥工程”。同學們也對月球有了更多的關(guān)注。
(1)若已知地球半徑為R,地球表面的重力加速度為g,月球繞地球運動的周期為T,月球繞地球的運動近似看做勻速圓周運動,試求出月球繞地球運動的軌道半徑;
(2)若宇航員隨登月飛船登陸月球后,在月球表面某處以速度v0豎直向上拋出一個小球,經(jīng)過時間t,小球落回拋出點.已知月球半徑為r,萬有引力常量為G,試求出月球的質(zhì)量M月.
導示: (1)對于地月系統(tǒng),月球繞著地球做圓周運動,根據(jù)萬有引力定律提供向心力有:
G
又 mg = G
解得:r =
(2)設(shè)月球表面處的重力加速度為g月,根據(jù)在月球表面作豎直上拋的物體可求得g月
即: V0=g月t/2
又g月 = GM月/r2
解得:M月 =2v0r2/Gt
在研究衛(wèi)星的問題中,若已知中心天體表面的重力加速度g0時,常運用GM=g0R2作為橋梁,可以把“地上"和 “天上”聯(lián)系起來。這一代換在衛(wèi)星問題中相當普遍,所以應(yīng)熟練掌握。但應(yīng)注意,代換式中R是地球半徑,而不是衛(wèi)星運行半徑,這一點要在列式中注意,一定要采用不同符號,不可混淆。
類型三衛(wèi)星的變軌問題
衛(wèi)星繞天體在圓軌道上的勻速圓周運動是穩(wěn)定的運行,此時萬有引力提供向心力.在不同的軌道,衛(wèi)星穩(wěn)定運行的速度不同。當衛(wèi)星由于某種原因速度突然改變時(開啟或關(guān)閉發(fā)動機或空氣阻力作用),萬有引力就不再等于向心力,衛(wèi)星將做變軌運行。
[例3] (南通市2008屆基礎(chǔ)調(diào)研)“神州六號”飛船的成功飛行為我國在2010年實現(xiàn)探月計劃--“嫦娥工程”獲得了寶貴的經(jīng)驗.假設(shè)月球半徑為R,月球表面的重力加速度為g0,飛船在距月球表面高度為3R的圓形軌道Ⅰ運動,到達軌道的A點點火變軌進入橢圓軌道Ⅱ,到達軌道的近月點B再次點火進入月球近月軌道Ⅲ繞月球作圓周運動.求:
(1)飛船在軌道Ⅰ上的運行速率;
(2)飛船在A點處點火時,動能如何變化;
(3)飛船在軌道Ⅲ繞月球運行一周所需的時間.
導示: (1)設(shè)月球的質(zhì)量為M,飛船的質(zhì)量為m,則
解得
(2)飛船在A點處點火,由軌道Ⅰ變軌進入橢圓軌道Ⅱ,在做近心運動,所以是在減速運動,故動能減。
(3)設(shè)飛船在軌道Ⅲ繞月球運行一周所需的時間為T,則:
解得:
當衛(wèi)星的速度突然增加時,F(xiàn)<mv2/r,即萬有引力不足以提供向心力,衛(wèi)星將做離心運動,脫離原來的圓軌道,軌道半徑變大,但衛(wèi)星一旦進入新的軌道運行,由v=知其運行速度要減小;當衛(wèi)星的速度突然減小時,F(xiàn)> mv2/r,即萬有引力大于衛(wèi)星所需的向心力,因此衛(wèi)星將做向心運動,同樣會脫離原來的圓軌道,軌道半徑變小,進入新軌道運行速度將增大。衛(wèi)星的發(fā)射和回收就是利用了這一原理。
3.對比法:對比研究平拋運動和類平拋運動;勻速圓周運動和非勻速圓周運動,隨地面一起的圓周運動和脫離地面的衛(wèi)星運動,極地衛(wèi)星和赤道衛(wèi)星;第一宇宙速度,第二宇宙速度和第三宇宙速度所界定的情境區(qū)別等等。
2.極限分析法:常用此法分析圓周運動或平拋運動的臨界狀態(tài)。
1.等效法:有恒定的電場力參與的圓周運動,可以把重力與電場力的合力等效為新的重力mg′,新重力的方向即為合力的方向,據(jù)此確定圓周運動的等效最高點和最低點,類平拋運動的處理方法也屬于等效法。
4.天體問題的處理方法:
(1)建立一種模型
在分析天體問題時,首先應(yīng)把研究對象看作質(zhì)點.這樣,天體的運動就抽象為一個質(zhì)點繞另一個質(zhì)點的勻速圓周運動模型.
(2)抓住兩條思路
①利用在中心天體表面或附近,萬有引力近似等于重力, G=mg0(g0表示天體表面的重力加速度)。
②利用萬有引力提供向心力。
由此得到一個基本方程G=ma加
3.豎直面內(nèi)的圓周運動
物體在豎直面內(nèi)做圓周運動時,絕大多數(shù)屬于變速圓周運動.在不同的約束條件下,物體能完成圓周運動的條件也是不同的.在繩(或沿圓環(huán)內(nèi)側(cè)運動)約束下,物體在最高點的速度v≥,在桿(管或弧形軌道外側(cè)等)約束下,物體在最高點的速度v≥0.審題時一定要分清是繩模型還是桿模型,這是前提。
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