高三物理选择题中等难度题
地面上的空气成分主要以氧、氮分子为主,随着高度的增加,由于地球引力的作用,重的气体逐渐稀薄,轻的气体逐渐相对增多。在太阳紫外光线的照射下,分子态的气体被电离为原子态,在“神州”三号飞船343公里的运行轨道上,主要是原子态的氧,氮和氦气。虽然高层大气的密度很小,但其对飞船的阻力仍会严重影响飞船的运行轨道。针对这段材料有下列叙述正确的是( )
A.由于大气阻力,飞船运行轨道要下降,运行速度要变小
B.如果是真空,飞船可以一直保持在343公里的轨道上运行
C.由于大气阻力,飞船运行轨道要下降,运行周期要变长
D.由于飞船轨道比较低,飞船内的物体对支持面的压力与在地球上对地面的压力差不多
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目前,在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运转,其中一些卫星的轨道可近似为圆,且轨道半径逐渐变小。若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中,只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用,则下列判断正确的是
A.由于气体阻力做负功,卫星的动能逐渐减小
B.由于地球引力做正功,引力势能一定减小
C.由于气体阻力做功可忽略,因此机械能保持不变
D.卫星克服气体阻力做的功等于引力势能的减小
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目前,在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运转,其中一些卫星的轨道可近似为圆,且轨道半径逐渐变小。若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中,只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用,则下列判断不正确的是( )
A.由于地球引力做正功,引力势能一定减小
B.卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小
C.卫星的动能逐渐减小
D.气体阻力做负功,地球引力做正功,但机械能减小
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目前,在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运转,其中一些卫星的轨道可近似为圆,且轨道半径逐渐变小。若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中,只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用,则下列判断不正确的是
A.由于地球引力做正功引力势能一定减小
B.卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小
C.卫星的动能逐渐减小
D.气体阻力做负功,地球引力做正功,但机械能减小
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一球形人造卫星的最大横截面积为、质量为,在轨道半径为的高空绕地球做圆周运动.由于受到稀薄空气阻力的作用,导致卫星运行的轨道半径逐渐变小.卫星在绕地球运转很多圈之后,其轨道的高度下降了,由于,所以可以将卫星绕地球运动的每一圈均视为匀速圆周运动.设地球可看成质量为的均匀球体,万有引力常量为.
()求人造卫星在轨道半径为的高空绕地球做圆周运动的周期.
()取无穷远处为零势能点,当卫星的运行轨道半径为时,卫星与地球组成的系统具有的势能可表示为.请估算人造卫星由半径为的圆轨道降低到半径为的圆轨道的过程中,机械能的变化.
()某同学为估算稀薄空气对卫星的阻力大小,做出了如下假设:卫星运行轨道范围内稀薄空气的密度为,且为恒量;稀薄空气可看成是由彼此不发生相互作用的颗粒组成的,所有的颗粒原来都静止,它们与人造卫星在很短时间内发生碰撞后都具有与卫星相同的速度,在与这些颗粒碰撞的前后,卫星的速度可认为保持不变.在满足上述假设的条件下,请估算空气颗粒对卫星在半径为轨道上运行时,所受阻力大小的表达式.
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一球形人造卫星的最大横截面积为、质量为,在轨道半径为的高空绕地球做圆周运动.由于受到稀薄空气阻力的作用,导致卫星运行的轨道半径逐渐变小.卫星在绕地球运转很多圈之后,其轨道的高度下降了,由于,所以可以将卫星绕地球运动的每一圈均视为匀速圆周运动.设地球可看成质量为的均匀球体,万有引力常量为.
()求人造卫星在轨道半径为的高空绕地球做圆周运动的周期.
()取无穷远处为零势能点,当卫星的运行轨道半径为时,卫星与地球组成的系统具有的势能可表示为.请估算人造卫星由半径为的圆轨道降低到半径为的圆轨道的过程中,机械能的变化.
()某同学为估算稀薄空气对卫星的阻力大小,做出了如下假设:卫星运行轨道范围内稀薄空气的密度为,且为恒量;稀薄空气可看成是由彼此不发生相互作用的颗粒组成的,所有的颗粒原来都静止,它们与人造卫星在很短时间内发生碰撞后都具有与卫星相同的速度,在与这些颗粒碰撞的前后,卫星的速度可认为保持不变.在满足上述假设的条件下,请估算空气颗粒对卫星在半径为轨道上运行时,所受阻力大小的表达式.
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(10分)一球形人造卫星,其最大横截面积为A、质量为m,在轨道半径为R的高空绕地球做圆周运动。由于受到稀薄空气阻力的作用,导致卫星运行的轨道半径逐渐变小。卫星在绕地球运转很多圈之后,其轨道的高度下降了△H,由于△H <<R,所以可以将卫星绕地球运动的每一圈均视为匀速圆周运动。设地球可看成质量为M的均匀球体,万有引力常量为G。取无穷远处为零势能点,当卫星的运行轨道半径为r时,卫星与地球组成的系统具有的势能可表示为。
(1)求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;
(2)某同学为估算稀薄空气对卫星的阻力大小,做出了如下假设:卫星运行轨道范围内稀薄空气的密度为ρ,且为恒量;稀薄空气可看成是由彼此不发生相互作用的颗粒组成的,所有的颗粒原来都静止,它们与人造卫星在很短时间内发生碰撞后都具有与卫星相同的速度,在与这些颗粒碰撞的前后,卫星的速度可认为保持不变。在满足上述假设的条件下,请推导:
①估算空气颗粒对卫星在半径为R轨道上运行时,所受阻力F大小的表达式;
②估算人造卫星由半径为R的轨道降低到半径为R-△H的轨道的过程中,卫星绕地球运动圈数n的表达式。
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