我国自行研制的“神舟”六号载人飞船,于2005年10月12日在酒泉发射场由长征二号F型火箭发射升空.并按预定轨道环绕地球飞行5天后,安全返回,在内蒙古的主着陆场着陆.
(1)设“神舟”六号飞船在飞行过程中绕地球沿圆轨道运行,已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,时间t秒内飞船绕地球运行的圈数为N,求飞船离地面的平均高度h.
(2)已知质量为m的飞船在太空中的引力势能可表示为:Ep=-G
,式中G为万有引力常量,M为地球的质量,r为飞船到地球中心的距离.那么将质量为m的飞船从地面发射到距离地面高度为h的圆形轨道上,长征二号F型火箭至少要对飞船做多少功?(不考虑地球自转对发射的影响).Mm r
(1)设飞船质量为m,地球质量为M,飞船周期为:T=
,t N
由万有引力定律和牛顿第二定律对飞船的运行过程有:
G
=m(R+h)Mm (R+h)2
,4π2 T2
又:
G
=mg,Mm R2
解得飞船离地面的高度:
h=
-R.3 gR2t2 4π2N2
(2)若将飞船由距地球无穷远处移至距离地球表面为h处,引力做功为:
W1=G
,Mm R+h
若将飞船由距地球无穷远处移至地球表面,引力做功为:
W2=G
,Mm R
所以将飞船由地球表面发射到距离地面h高的轨道上的过程中,引力做功为:
W3=G
-GMm R+h
,Mm R
设飞船在距离地面高为h的圆轨道上运动时的速度为v,
根据万有引力定律和牛顿第二定律有:
G
=mMm (R+h)2
,v2 R+h
设将飞船送入沿距地面高度为h的圆形轨道运动的过程中,火箭要对飞船所做的功为W,
根据动能定理有:
W+W3=
mv2,1 2
解得:
W=G
.Mm(R+2h) R(R+h)
答:
(1)设“神舟”六号飞船在飞行过程中绕地球沿圆轨道运行,已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,时间t秒内飞船绕地球运行的圈数为N,求飞船离地面的平均高度h=
-R.3 gR2t2 4π2N2
(2)已知质量为m的飞船在太空中的引力势能可表示为:Ep=-G
,式中G为万有引力常量,M为地球的质量,r为飞船到地球中心的距离.那么将质量为m的飞船从地面发射到距离地面高度为h的圆形轨道上,长征二号F型火箭至少要对飞船做功为W=GMm r
.Mm(R+2h) R(R+h)