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2009年3月1日16时13分10秒,中国自主研制的第一个月球探测器(嫦娥一号)...

2009年3月1日16时13分10秒,中国自主研制的第一个月球探测器(嫦娥一号)成功实现“受控撞月”,为我国探月一期工程画上圆满的句号.
(1)设探测器的质量为m,月球的半径为R,月球表面的重力加速度为g,“受控撞月”开始前探测器在离月球表面高为h的圆形环月轨道上正常运行.求它在此轨道上正常运行的线速度大小;
(2)假设此次进行“受控撞月”开始的过程按图甲所示进行,探测器在A点向前短时间喷气,减速后的探测器做向心运动沿曲线到达月球表面附近的B点.设探测器到达B点时速度大小为vB,从A到B的空间范围内的重力加速度大小都近似等于月球表面的重力加速度,喷出的气体相对于月球表面的速度大小为u,求喷出气体的质量;
(3)为了增加撞击效果,撞击前要利用剩余的燃料对探测器进行加速,图乙所示为探测器到达B点时速度方向的示意图,为了使探测器能够沿此方向做加速直线运动,请在图乙中用由坐标原点O出发的有向线段表示出可能的一种发动机喷气方向.

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(1)根据万有引力提供向心力,月球表面的物体受到的重力等于万有引力.由此两式可解得它在此轨道上正常运行的线速度大小v. (2)从A到B卫星和月球系统的机械能守恒,喷气过程中卫星系统的动量守恒,设喷射出气体的质量为△m,mv=(m-△m)vA+△m•u.结合v的值,可解得喷出气体的质量△m. (3)为了使探测器能够沿vB方向做加速直线运动,所以合力的方向一定要沿vB的方向,所以发动机喷气方向在y轴负方向和vB反方向之间某一条直线上. 【解析】 (1)设月球的质量为M,卫星的线速度为v,则 根据万有引力提供向心力-------------① 又月球表面的物体受到的重力等于万有引力---------② 由①②两式得 ---------------------------③ (2)设卫星在A点减速后的速度为vA 从A到B卫星和月球系统的机械能守恒,所以 ----------------------④ 喷气过程中卫星系统的动量守恒,设喷射出气体的质量为△m,所以 mv=(m-△m)vA+△m•u---------------------⑤ 由③、④、⑤式解得 ------------------⑥ (3)为了使探测器能够沿vB方向做加速直线运动,所以合力的方向一定要沿vB的方向, 探测器已受月球的引力,沿y周负方向,故发动机的推力一定要在y轴正方向和vB之间,这样合力才可能沿vB的方向. 所以发动机喷气方向在y轴负方向和vB反方向之间某一条直线上. 故由O点出发在y轴负方向和vB反方向之间的有向线段都正确(不包括y轴负方向和vB的反方向). 答:(1)设探测器的质量为m,月球的半径为R,月球表面的重力加速度为g,“受控撞月”开始前探测器在离月球表面高为h的圆形环月轨道上正常运行.它在此轨道上正常运行的线速度大小为; (2)假设此次进行“受控撞月”开始的过程按图甲所示进行,探测器在A点向前短时间喷气,减速后的探测器做向心运动沿曲线到达月球表面附近的B点.设探测器到达B点时速度大小为vB,从A到B的空间范围内的重力加速度大小都近似等于月球表面的重力加速度,喷出的气体相对于月球表面的速度大小为u,喷出气体的质量为; (3)为了增加撞击效果,撞击前要利用剩余的燃料对探测器进行加速,图乙所示为探测器到达B点时速度方向的示意图,为了使探测器能够沿此方向做加速直线运动,在图乙中用由坐标原点O出发的有向线段表示出可能的一种发动机喷气方向如上图所示.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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