我国的月球探测计划“嫦娥工程”分为“绕、落、回”三步。“嫦娥三号”的任务是“落”。 2013年12月2日,“嫦娥三号”发射,经过中途轨道修正和近月制动之后,“嫦娥三号”探测器进入绕月的圆形轨道I。12月12日卫星成功变轨,进入远月点P、近月点Q的椭圆形轨道II。如图所示。2013年12月14日,“嫦娥三号”探测器在Q点附近制动,由大功率发动机减速,以抛物线路径下降到距月面100米高处进行30s悬停避障,之后再缓慢竖直下降到距月面高度仅为数米处,为避免激起更多月尘,关闭发动机,做自由落体运动,落到月球表面。
已知引力常量为G,月球的质量为M,月球的半径为R,“嫦娥三号”在轨道I上运动时的质量为m, P、Q点距月球表面的高度分别为h1、h2。
(1)求“嫦娥三号”在圆形轨道I上运动的速度大小;
(2)已知“嫦娥三号”与月心的距离为r时,引力势能为(取无穷远处引力势能为零),其中m为此时“嫦娥三号”的质量。
若“嫦娥三号”在轨道II上运动的过程中,动能和引力势能相互转化,它们的总量保持不变。已知“嫦娥三号”经过Q点的速度大小为v,请根据能量守恒定律求它经过P点时的速度大小;
(3)“嫦娥三号”在P点由轨道I变为轨道II的过程中,发动机沿轨道的切线方向瞬间一次性喷出一部分气体,已知喷出的气体相对喷气后“嫦娥三号”的速度大小为u,求喷出的气体的质量。
现有一交流发电机,输出功率为5×104W,输出电压为240 V,输电线总电阻R=30 Ω,允许损失功率为输出功率的6%,为满足用电的需求,则:
(1)该输电线路所使用的理想的升压、降压变压器的匝数比各是多少?
(2)能使多少盏“220 V 100 W”的电灯正常发光?
一电阻为R的金属圆环,放在匀强磁场中,磁场与圆环所在平面垂直,如图(a)所示.已知通过圆环的磁通量随时间t的变化关系如图(b)所示,图中的最大磁通量Φ0和变化周期T都是已知量,求:在t=0到t=2T的时间内,金属圆环所产生的电热Q.
弹簧振子以O点为平衡位置在B、C两点间做简谐运动,B、C相距20 cm,某时刻振子处于B点,经0.5 s振子首次到达C点.求:
(1)振子的振幅、周期;
(2)振子在5 s内通过的路程和5 s末相对平衡位置位移的大小.
如图所示,地球和某行星在同一轨道平面内同向绕太阳做匀速圆周运动。地球的轨道半径为R,运转周期为T,地球和太阳中心的连线与地球和行星中心的连线所夹的角叫地球对该行星的观察视角(简称视角)。已知该行星的最大视角为,当行星处于最大视角时是地球上的天文爱好者观察该行星的最佳时期。某时刻该行星恰好处于最佳观察期,且行星的位置超前于地球。求:
(1)行星绕太阳运转的周期
(2)该行星下一次处于最佳观察期至少经历的时间。
如图所示,在匀速转动的圆盘上,沿半径方向放置以细线相连的质量均为m的A、B两个小物块,A离轴心r1=20 cm,B离轴心r2=30 cm,A、B与盘面间相互作用的最大静摩擦力为其重力的0.4倍.求:
(1)若细线上没有张力,圆盘转动的角速度ω应满足什么条件?
(2)欲使A、B与盘面间不发生相对滑动,则盘转动的最大角速度多大?
(3)当圆盘转速达到A、B刚好不滑动时,烧断细绳,则A、B将怎样运动?(g取10 m/s2)