题目
我国载人航天事业已迈入“空间站时代”。若中国空间站绕地球近似做匀速圆周运动,运行周期为T,轨道半径约为地球半径的((17))/((16))倍,已知地球半径为R,引力常量为G,忽略地球自转的影响,则( )A. 漂浮在空间站中的宇航员不受地球的引力B. 空间站绕地球运动的线速度大小约为((17πR))/((8T))C. 地球的平均密度约为((3π))/((G{T^2))}(({({16))/((17))})^3}D. 空间站绕地球运动的向心加速度大小约为地面重力加速度的(({({16))/((17))})^2}倍
我国载人航天事业已迈入“空间站时代”。若中国空间站绕地球近似做匀速圆周运动,运行周期为T,轨道半径约为地球半径的$\frac{{17}}{{16}}$倍,已知地球半径为R,引力常量为G,忽略地球自转的影响,则( )
A. 漂浮在空间站中的宇航员不受地球的引力
B. 空间站绕地球运动的线速度大小约为$\frac{{17πR}}{{8T}}$
C. 地球的平均密度约为$\frac{{3π}}{{G{T^2}}}{({\frac{{16}}{{17}}})^3}$
D. 空间站绕地球运动的向心加速度大小约为地面重力加速度的${({\frac{{16}}{{17}}})^2}$倍
题目解答
答案
BD
B. 空间站绕地球运动的线速度大小约为$\frac{{17πR}}{{8T}}$
D. 空间站绕地球运动的向心加速度大小约为地面重力加速度的${({\frac{{16}}{{17}}})^2}$倍
B. 空间站绕地球运动的线速度大小约为$\frac{{17πR}}{{8T}}$
D. 空间站绕地球运动的向心加速度大小约为地面重力加速度的${({\frac{{16}}{{17}}})^2}$倍
解析
步骤 1:分析宇航员在空间站中的受力情况
漂浮在空间站中的宇航员依然受地球的引力,所受引力提供做匀速圆周运动的向心力,处于完全失重,视重为零,故A错误。
步骤 2:计算空间站绕地球运动的线速度
根据匀速圆周运动的规律,空间站绕地球运动的线速度大小约为
v=$\frac{2π•\frac{17}{16}R}{T}$=$\frac{17πR}{8T}$
故B正确。
步骤 3:计算地球的平均密度
设空间站的质量为m,其所受万有引力提供向心力,有
G$\frac{Mm}{(\frac{17}{16}R)^{2}}$=m$•\frac{17}{16}R•$$(\frac{2π}{T})^{2}$
则地球的平均密度约为
ρ=$\frac{M}{\frac{4}{3}π{R}^{3}}$
联立可得:ρ=$\frac{{3π}}{{G{T^2}}}{({\frac{{17}}{{16}}})^3}$,
故C错误。
步骤 4:计算空间站绕地球运动的向心加速度
根据万有引力提供向心力,有
G$\frac{Mm}{(\frac{17}{16}R)^{2}}$=ma
则空间站绕地球运动的向心加速度大小为
a=G$\frac{M}{(\frac{17}{16}R)^{2}}$
地表的重力加速度为
g=$\frac{GM}{{R}^{2}}$
联立可得:$\frac{a}{g}$=${({\frac{{16}}{{17}}})^2}$
即空间站绕地球运动的向心加速度大小约为地面重力加速度的${({\frac{{16}}{{17}}})^2}$倍,故D正确。
漂浮在空间站中的宇航员依然受地球的引力,所受引力提供做匀速圆周运动的向心力,处于完全失重,视重为零,故A错误。
步骤 2:计算空间站绕地球运动的线速度
根据匀速圆周运动的规律,空间站绕地球运动的线速度大小约为
v=$\frac{2π•\frac{17}{16}R}{T}$=$\frac{17πR}{8T}$
故B正确。
步骤 3:计算地球的平均密度
设空间站的质量为m,其所受万有引力提供向心力,有
G$\frac{Mm}{(\frac{17}{16}R)^{2}}$=m$•\frac{17}{16}R•$$(\frac{2π}{T})^{2}$
则地球的平均密度约为
ρ=$\frac{M}{\frac{4}{3}π{R}^{3}}$
联立可得:ρ=$\frac{{3π}}{{G{T^2}}}{({\frac{{17}}{{16}}})^3}$,
故C错误。
步骤 4:计算空间站绕地球运动的向心加速度
根据万有引力提供向心力,有
G$\frac{Mm}{(\frac{17}{16}R)^{2}}$=ma
则空间站绕地球运动的向心加速度大小为
a=G$\frac{M}{(\frac{17}{16}R)^{2}}$
地表的重力加速度为
g=$\frac{GM}{{R}^{2}}$
联立可得:$\frac{a}{g}$=${({\frac{{16}}{{17}}})^2}$
即空间站绕地球运动的向心加速度大小约为地面重力加速度的${({\frac{{16}}{{17}}})^2}$倍,故D正确。