如图所示,横截面积为A、质量为m的柱状飞行器沿半径为R的圆形轨道在高空绕地球做无动力运行。将地球看作质量为M的均匀球体。万有引力常量为G。
(1)求飞行器在轨道半径为R的高空绕地球做圆周运动的周期;
(2)在飞行器运行轨道附近范围内有密度为ρ(恒量)的稀薄空气。稀薄空气可看成是由彼此没有相互作用的均匀小颗粒组成,所有小颗粒原来都静止。假设每个小颗粒与飞行器碰撞后具有与飞行器相同的速度,且碰撞时间很短。频繁碰撞会对飞行器产生持续阻力,飞行器的轨道高度会逐渐降低。观察发现飞行器绕地球运行很多圈之后,其轨道高度下降了ΔH。由于ΔH≪R,可将飞行器绕地球运动的每一圈运动均视为匀速圆周运动。已知当飞行器到地球球心距离为r时,飞行器与地球组成的系统具有的引力势能Ep=-GMmr。请根据上述条件推导:
①飞行器在半径为R轨道上运行时,所受空气阻力大小F的表达式;
②飞行器由半径为R的轨道下降ΔH的过程中,飞行器绕地球运动圈数n的表达式。
GM
m
r
【考点】引力势能及其应用;常见力做功与相应的能量转化.
【答案】(1)人造卫星在轨道半径为r的高空绕地球做圆周运动的周期为2π ;
(2)①卫星在半径为r轨道上运行时,所受空气阻力的大小为;
②卫星由半径为r的轨道下降ΔH的过程中绕地球运动的圈数为。
R
3
GM
(2)①卫星在半径为r轨道上运行时,所受空气阻力的大小为
ρ
AGM
R
②卫星由半径为r的轨道下降ΔH的过程中绕地球运动的圈数为
m
ΔH
4
πρ
A
(
R
-
ΔH
)
R
【解答】
【点评】
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发布:2024/6/27 10:35:59组卷:109引用:4难度:0.3
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