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一组太空人乘坐太空穿梭机,去修理位于离地球表面6.0×105 m的圆形轨道上的哈勃太空望远镜H.机组人员使穿梭机S进入与H相同的轨道并关闭助推火箭,而望远镜则在穿梭机前方数千米处.如图5-4-5所示,设G为引力常量而M为地球质量(已知地球半径为6.4×106 m).

图5-4-5

(1)在穿梭机内,一质量为70 kg的太空人的视重是多少?

(2)计算轨道上的重力加速度及穿梭机在轨道上的速率和周期.

(3)穿梭机须首先进入半径较小的轨道,才有较大的角速度追上望远镜,试判断穿梭机要进入较低轨道时应在原轨道上加速还是减速.说明理由.

答案

思路点拨:本题主要考查万有引力定律在天体运动中的应用.根据万有引力提供向心力,已知轨道半径即可求出速率和周期,根据万有引力近似等于重力,即可求出重力加速度.

解析:(1)穿梭机内的人处于完全失重状态,故视重为零.

(2)由mg=G

,得g=

则g′=

===0.84

所以g′=0.84g=0.84×9.8 m/s2=8.2 m/s2

由G

=m

得v=

,v′=

===0.96

v′=0.96v=0.96×7.9 km/s=7.6 km/s

由v=

得:

T′=

= s≈5.8×103 s.

(3)由G

=m知穿梭机要进入较低轨道,必须万有引力大于穿梭机做圆周运动所需向心力,故当v减小时,m才减小,则G>m,使穿梭机的轨道半径减小.

答案:(1)零

(2)8.2 m/s2  7.6 km/s  5.8×103 s

(3)减速  理由略


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