物理:6.5《宇宙航行》随堂学案(新人教版必修2)
物理:6.5《宇宙航行》随堂学案(新人教版必修2)第2页

站完成对接

C.飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接

  D.无论飞船如何采取何种措施,均不能与空间站对接

【思路分析】由于宇宙飞船做圆周运动的向心力是地球对其施加的万有引力,由牛顿第二定律有GMm/R^2 =〖mv〗^2/R ,得v=√(GM/R),

想追上同轨道上的空间站,直接加速会导致飞船轨道半径增大,由上式知飞船在一个新轨道上运行的速度比空间站的速度小,无法对接,故A错;飞船若先减速,它的轨道半径减小,但速度增大了,故在低轨道上飞船可接近或超过空间站,如图所示,当飞船运动到合适的位置后再加速,则其轨道半径增大,同时速度减小,当刚好运动到空间站所在轨道时停止加速,则飞船的速度刚好等于空间站的速度,可完成对接;若飞船先加速到一个较高轨道,其速度小于空间站速度,此时空间站比飞船运动快,当二者相对运动一周后,使飞船减速,轨道半径减小又使飞船速度增大,仍可追上空间站,但这种方法易造成飞船与空间站碰撞,不是最好办法,且空间站追飞船不合题意,综上所述,方法应选B。

【答案】B

【类题总结】使飞船加速,飞船将远离地球,轨道半径增大,不仅发动机的功全部用于克服飞船远离地球时万有引力做功,而且飞船原来的动能一部分也要转化为克服万有引力做功,即转化为飞船的重力势能,故v减小;反之使飞船减速时,飞船轨道半径减小,其动能反而增大,先减速可使飞船比空间站运动快,故可在适当位置再加速,使速度在飞船轨道半径增大时减小,可追上空间站,先加速再减速时,空间站追飞船,虽也可对接,但不合题意。

【例3】假设地球的质量不变,而地球的半径增大到原来的半径的2倍,那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度的大小应为原来的 倍。

【思路分析】因第一宇宙速度即为地球的近地卫星的线速度,此时卫星的轨道半径近似地认为是地球的半径,且地球对卫星的万有引力充当向心力。

故有公式GMm/R^2=〖mv〗^2/R成立,所以解得:v_1=√(GM/R),因此当M不变,R增加为2R时,v_1减小为原来的1/√2倍。