“嫦娥”登月中的物理知识
lhfeng6688发起了2019-07-25
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嫦娥四号首先从地球以大于第一宇宙速度7.9km/s的速度发射,经过多次变轨,达到了拉格朗日点,对于地月系统,到达拉格朗日点的含义就是,探测器相对于地球月球组成的系统保持相对静止,也就是说,地球和月球对探测器的万有引力之和力,是探测器环绕地球的向心力。

并且,探测器的周期和月球环绕地球的周期一致,形成了拉格朗日点相对静止的意义。关于变轨以及拉格朗日点这种类型,在下面的两道题中有所体现:

1.探测器绕月球做匀速圆周运动,变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动,关于变轨后探测器运行的情况,下列说法正确的是(  )

A.线速度变小

B.角速度变小

C.轨道半径变大

D.向心加速度变大

探测器绕月球做匀速圆周运动,根据万有引力等于向心力,得G=mr=m=mω2r=ma

解得:T=2π,v=,ω=,a=,选D

2.2011年8月,“嫦娥二号”成功进入了环绕“日地拉格朗日点”的轨道,我国成为世界上第三个造访该点的国家。如图所示,该拉格朗日点位于太阳和地球连线的延长线上,一飞行器处于该点,在几乎不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动,则此飞行器的

A.线速度大于地球的线速度

B.向心加速度大于地球的向心加速度

C.向心力仅由太阳的引力提供

D.向心力仅由地球的引力提供

根据刚才的说明,AB正确,CD错误。

接下来,在着陆月球前,先围绕月球,在其附近轨道做匀速圆周运动。月球对嫦娥四号的万有引力提供向心力。而这个考点,在高考中万有引力板块,属于比较重点的部分。下面就这个知识点,我们选取一道例题进行讲解。

3.质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行,其运动视为匀速圆周运动。已知月球质量为M,月球半径为R,月球表面重力加速度为g,引力常量为G,不考虑月球自转的影响,则航天器的(  )

A.线速度v=B.角速度ω=

C.运行周期T=2πD.向心加速度a=

根据万有引力提供卫星做圆周运动的向心力和万有引力等于重力得出:

A、G得v=,故A正确;

B、mg=mω2R得ω=,故B错误;

C、T=得T=2π,故C错误;

D、a==G,故D正确。

围绕月球做匀速圆周以后,不断地进行减速,当速度小于月球的第一宇宙速度(注意不是7.9km/s)的时候,再次反向推进减速,最后着陆到月球表面。

嫦娥四号的成功发射,标志着中国航天技术已经处于世界领先行列。许多国家几代人的努力,被中国航天实现了超越。并且中国承诺将和全人类一起共同解开宇宙的无穷奥秘。

而至于这块在高考中的知识点,主要集中于,上述的变轨问题,万有引力公式问题,拉格朗日点问题。

对于变轨问题,可以牢记一句口诀,高轨低速大周期,它适用于一切对于单一中心天体运动的情况,但对于双星问题不适用。拉格朗日点问题,也不可以使用高轨低速大周期的口诀。因为探测器的周期和月球周期是一致的,而轨道不一致,应牢记合力充当向心力。而对于万有引力定律公式问题是最经常出现的内容,只记住一个原则,万有引力充当向心力,对于嫦娥四号的热点问题,就可以迎刃而解了。

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