假设几年后你有幸成为中国第一位登上月球的宇航员

假设几年后你有幸成为中国第一位登上月球的宇航员，请你以《假如 我们生活在月球上》为展开丰富的想象，描叙月球上可能发生的各种奇妙 现象，可以是物理实验、体育比赛、日常生活等各个方面，并用所学的物理 知识解释这些现象。 （1） 月球表面没有空气 （2） 月球表面的重力加速度是地球表面的1/6 （3） 月球表面没有磁场 全球电视实况转播的传送要靠同步卫星。同步卫星的特点是运行周期 与地球自转周期相同，如果把它放置在赤道平面中的轨道上，这种卫星将始 终位于地面上某一点的上空。一组三颗同步卫星，按图所示，排成一个正三 角形，就可以构成一个全球通讯基地，几乎覆盖地球上全部人类居住地区， 只有两极附近较小的地区为盲区，试推导计算同步卫星的高度和速度的式子， 设地球的质量用M表示，地球自转角速度用ω表示。 天文学家根据观察宣布了下列研究成果：银河系中心可能存在一个大 黑洞。黑洞是一种神秘的天体，这种天体的密度极大，其表面的引力是如此 之强，以至于包括光在内的所有接近黑洞的物质，都不能逃脱其引力作用。 人们用口径为3.5m的天文望远镜对猎户座中位于银河中心附近的星体，进行 12了长达6年的观测，发现距黑洞6×10m的星体以2000Km/s的速度绕其旋 转。另外，根据相对论知识，光由光子组成，光子在运动时有质量，设光子 的运动质量为m，光子与黑洞间的吸引力也符合万有引力定律。 0-1122（1） 试计算黑洞的最大半径（引力常量G=6.67×10Nm/Kg） （2） 因黑洞引力极大，其中原子的核外电子全部吸入核内，质子变为中子。 -27若中子紧密排列，求黑洞的质量（中子质量为1.66×10Kg，半径约-15为10m，计算结果均取一位有效数字） 解： ： 在研究宇宙发展演变的理论中，有一种说法叫做“宇宙膨胀说”，认为引力常量G在缓慢的变小：根据这种理论，试现在太阳系中地球的公转轨道半径、周期、速率与很久很久以前相比 变化的情况。 （1）从宇宙飞船到月球表面，不能搭乘直升飞机；当登月舱快要到 达月球表面时，千万不要系上降落伞，否则后果不堪设想，因为月球表面没 有空气； （2） 在月球上，你会感到轻飘飘的，甚至有点恶心，类似地球上的失重状 态； （3） 下列物品请勿带上月球，可能派不上正常的用场：扇子、电吹风、口 琴、笛子、气枪、风筝、指南针； （4） 在月球上进行体育比赛，在地球上创造的很多记录将被你轻易地改 写：地球上跳2m高度的跳高运动员在月球上可以越过7m高的横杆； 地球上能举100Kg的举重运动员在月球上可举起600Kg；（试证明上 两例）；铅球、铁饼、标枪等运动员的成绩将远远超过在地球上创造 的记录； （5） 一些物理实验的结果将和地球上截然不同：同一高度同时释放的羽毛 和钢球将同时着地；托里拆利管内外汞柱的高度差不在是76cm，而 是零；做水流星实验时转速很小，水不会洒出来； （6） 在月球上发射人造月球卫星将比地球上省力很多； （7） 夜间你能看到一个蓝色的大球悬挂在天空，那就是地球。幸运的话， 你将能目睹长时间的日全食、地环食等天象奇观。 设卫星的质量为m，轨道半径为r。根据同步卫星绕地心的匀速圆周 运动所需的向心力即它受到的地球的引力，则有： GMGMm23r,,mr,，解得： 22,r -5其中ω=7.27×10rad/s是地球的自转角速度，G为引力常量，24M=5.98×10Kg是地球的质量。代入得同步卫星离地心的距离为 GM733r=4.23×10v,r,,,m；它的速率，其数值大小为：v=3.08×10m/s 2, 这类题目要耐心阅读，抓住有效信息，并将其转化为我们所熟悉的物 理模型，利用中学物理知识求解。 612有效信息：（1）星体在r=6×10m轨道上，以线速度v=2000Km/s=2×10m/s 做圆周运动；（2）光子逃脱不了它的引力，即在最大半径R处，以光速运行 的光子受到的引力恰等于它需要的向心力；（3）一些常量，如：引力常量、 中子质量、中子半径等。 本题要用到的物理规律有：万有引力定律、向心力等 2GMmmv（1） 对星体 , 2rr 2GMmmc00对光子 , c 为光子的速度 2RR 8由上两式得R=3×10m （2） 由题意得黑洞即为常提到的中子星，求黑洞的质量即为中子数乘以每 43,R133个中子的质量，即：M,,4，10Kg 43,r中3 地球在半径为R的圆形轨道上以速率v运动的过程中，引力常量G减小了一个微小量，由于m（太阳质量）、m（地球质量）、R均未改变，万有引12 2Gmmmv212力F,必然随之减小，并小于轨道上该点所需的向心力（速度2RR 不能突变），由于惯性，地球将做离心运动，即向外偏离太阳，半径R增大。地球在远离太阳的过程中，克服太阳引力做功，引起速率减小，运转周期 2,R增大。 T,v 由此可以判断，在很久很久以前，太阳系中地球公转的轨道半径比现在 小，周期比现在小，速率比现在大，也就是说，随着引力常量G的缓慢减小，宇宙在不断的膨胀。 前面我们介绍了同步卫星，可以计算出它离地面的距离为36000Km，那么怎样把卫星发射到同步轨道上去呢？有两种方法：一是直线发射，由火 0箭把卫星发射到36000Km的赤道上空，然后做90的转折飞行，使卫星进入 轨道。另一种方法是变轨发射，即先把卫星发射到200Km------300Km的圆形轨道上，这条轨道叫做停泊轨道。当卫星穿过赤道平面时，末极火箭点火工 作，使卫星进入一条大的椭圆轨道，其远地点恰好在赤道上空36000Km处，这条轨道叫做转移轨道。当卫星到达远地点时，在开动卫星上的发动机，使 之进入同步轨道，也叫静止轨道。 第一种发射方法，整个发射过程中，火箭都处于动力飞行状态，要消 耗大量燃料，还必须在赤道上设置发射场，有一定的局限性。第二种发射方 法，运载火箭消耗的燃料较少，发射场的位置也不受限制。目前各国发射同 步卫星都用第二种方法，但这种方法在操作和控制上都比较复杂。 通讯卫星在同步轨道上定位后，由于受到太阳、月 球和其他天体引力作用的影响，它会产生不同方向 的漂移运动，偏离原来的位置。因此在地球上看到 的通讯卫星并不是完全静止的。卫星偏离轨道，可 以发动卫星上的小发动机进行修正。但是由于受到 卫星上携带燃料的限制，只有在偏离较大时才进行 修正。豆丁网（DocIn）是全球优秀的C2C文档 销售与分享社区。 豆丁允许用户上传包括 .pdf, .doc, ., .txt 在内的数十种格式的文档文件，并以Flash Player的形式在网页中直接展示给读者。简而 言之，豆丁就如同文档版的Youtube。现在每天都有数以万计的文档会上传到豆丁，正基于此，豆丁将致力构建全球最大的中文图书馆。 豆丁努力使世界上任何人都能够自由地发挥他们的创造力。文档资 料只通过少数、单一的出版物来传播的时代已经结束。现在，互联网给 文档资料提供了世界范围内的传播渠道，豆丁希望能够给每个独立的文 档持有者利用这个新机会的方法。现在，我们为原创人群提供安全、自 由、民主、便利的文档发布与营销平台。借助豆丁，你可以为你的文档 定价，并通过豆丁发表到不同博客、论坛、联盟中，进行广泛传播，在 分享的同时获得收入回报。