Question

16．人造衛(wèi)星是由運(yùn)載火箭點(diǎn)火發(fā)射后送入其運(yùn)行軌道的．其發(fā)射后的飛行過(guò)程大致可分為：垂直加速階段，慣性飛行階段和進(jìn)入軌道階段．如圖所示：
（1）設(shè)某次發(fā)射過(guò)程中，有一在地球表面重為40N的物體，放置在衛(wèi)星中．在衛(wèi)星垂直加速上升的過(guò)程中，測(cè)得a=5m/s²時(shí)物體與衛(wèi)星中的支持面的相互作用為30N，衛(wèi)星此時(shí)距地面的高度為多少？
（2）進(jìn)入離地高為地球半徑3倍的軌道時(shí)，它運(yùn)行的速度大小為多少？（已知地球的半徑R=6.4×10³km，取g=10m/s²）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)衛(wèi)星的加速度，通過(guò)牛頓第二定律求出當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度，通過(guò)萬(wàn)有引力等于重力求出衛(wèi)星距離地面的高度．
（2）衛(wèi)星進(jìn)入離地高為地球半徑3倍的軌道時(shí)，由萬(wàn)有引力提供向心力，列出速度表達(dá)式．再根據(jù)物體在地面上，萬(wàn)有引力等于重力列式，聯(lián)立可求解．

解答 解：（1）物體的質(zhì)量為 m=$\frac{{G}_{重}}{g}$=$\frac{40}{10}$=4kg
根據(jù)牛頓第二定律得，N-mg′=ma
解得 g′=$\frac{N-ma}{m}$=$\frac{30-4×5}{4}$=2.5m/s²．
可知$\frac{g′}{g}$=$\frac{1}{4}$
根據(jù)G$\frac{Mm}{{r}^{2}}$=mg得 r=2R
故衛(wèi)星此時(shí)距地面的高度為 h=r-R=R=6.4×10³km
（2）衛(wèi)星進(jìn)入離地高為地球半徑3倍的軌道時(shí)，由萬(wàn)有引力提供向心力，則有
   G$\frac{Mm}{（4R）^{2}}$=m$\frac{{v}^{2}}{4R}$
在地面上，由萬(wàn)有引力等于重力，得
  G$\frac{Mm′}{{R}^{2}}$=m′g
聯(lián)立以上兩式得 v=$\frac{1}{2}\sqrt{gR}$=$\frac{1}{2}×\sqrt{10×6.4×1{0}^{6}}$=4×10³m/s
答：（1）衛(wèi)星此時(shí)距地面的高度為6.4×10³km．
（2）進(jìn)入離地高為地球半徑3倍的軌道時(shí)，它運(yùn)行的速度大小為4×10³m/s．

點(diǎn)評(píng) 本題關(guān)鍵重力等于萬(wàn)有引力，萬(wàn)有引力等于向心力，能熟練應(yīng)用牛頓第二定律、萬(wàn)有引力定律公式即可正確解題．