- 万有引力与航天
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人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动时,卫星离地面越近,则卫星的( )
正确答案
解析
解:A、人造卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,设卫星的质量为m、轨道半径为r、地球质量为M,有
F=F向F=G
F向=m=mω2r=m(
)2r
因而
G=m
=mω2r=m(
)2r=ma
解得
v= ①
T==2π
②
a= ③
根据题意
r=R+h ④
故离地越低,轨道半径越小,线速度越大,角速度越大,周期越小,向心加速度越大;
故选D.
纵观月球探测的历程,人类对月球探索认识可分为三大步--“探、登、驻”.我国为探月活动确定的三小步是:“绕、落、回”,目前正在进行的是其中的第一步--绕月探测工程.2007年10月24日18时54分,“嫦娥一号”卫星的成功发射标志着我国探月工程迈出了关键的一步.我们可以假想人类不断向月球“移民”,经过较长时间后,月球和地球仍可视为均匀球体,地球的总质量仍大于月球的总质量,月球仍按原轨道运行,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、设月球质量为m,地球质量为M,月球与地球之间的距离为r,根据万有引力定律得地球与月球间的万有引力为:F=G,可知,假想人类不断向月球“移民”,经过较长时间后,所以m增大,M减小.由数学知识可知,当m与M相接近时,它们之间的万有引力较大,当它们的质量之差逐渐减小时,m与M的乘积将增大,它们之间的万有引力值将增大,故A错误.
BCD、假想人类不断向月球“移民”,经过较长时间后,月球和地球仍可视为均匀球体,根据万有引力提供向心力得:
G=m
r=ma=m
则得 T=2π,a=
,v=
假想人类不断向月球“移民”,经过较长时间后,所以m增大,M减小.所以由上式可得,月球绕地球运动的周期将变大,月球绕地球运动的向心加速度和线速度将变小.故B正确,CD错误.
故选:B
据美国媒体报道,美国和俄罗斯的两颗通信卫星11日在西伯利亚上空相撞.这是人类有史以来的首次卫星碰撞事件.碰撞发生的地点位于西伯利亚上空490英里(约790公里),恰好比国际空间站的轨道高270英里(434公里),这是一个非常常用的轨道,是用来远距离探测地球和卫星电话的轨道.则以下相关说法中,正确的是( )
正确答案
解析
解:A、碰撞后的碎片若受到大气层的阻力作用,轨道半径将变小,则有可能与国际空间站相碰撞.故A正确.
B、根据得,T=
,则轨道半径越大,周期越大.故B错误.
C、当发射的速度达到11.2km/s时,卫星将脱离地球的引力不再绕地球飞行.故C错误.
D、在同步轨道上,若后面的卫星一旦加速,使得万有引力不够提供向心力,做离心运动,离开原轨道.故D错误.
故选A.
如图,发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆形轨道1运行,然后点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步圆形轨道3运行,设轨道1、2相切于A点,轨道2、3相切于B点,则卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:人造卫星绕地球做匀速圆周运动,根据人造卫星的万有引力等于向心力,
=m
v=,
轨道3半径比轨道1半径大,所以卫星在轨道3上的速度小于卫星在轨道1上的速度,
从轨道1到轨道2,卫星在A点是做逐渐远离圆心的运动,要实现这个运动必须使卫星所需向心力大于万有引力,所以应给卫星加速,增加所需的向心力.所以在轨道2上A点的速度大于轨道1上A点的速度.所以卫星过椭圆轨道上的A点时速度大小最大,故ABD错误,C正确;
故选:C.
“天宫一号”在高轨道,“神舟十号”飞船在低轨道,各自绕地球做匀速圆周运动,距离地面的高度分别为h1和h2(设地球半径为R),“天宫一号”的运行周期约为90分钟,则求:
(1)“天宫一号”跟“神舟十号”的线速度大小之比为v1:v2
(2)“天宫一号”跟“神舟十号”的向心加速度大小之比a1:a2
(3)“天宫一号”与地球同步卫星的轨道半径大小之比r1:r2.
正确答案
解:(1、2)根据G=m
=ma,又 r=R+h
则得 v=,a=
,
所以“天宫一号”跟“神舟十号”的线速度大小之比为=
,
向心加速度大小之比为=
,
(3))“天宫一号”与地球同步卫星的轨道半径大小之比.
答:(1)“天宫一号”跟“神舟十号”的线速度大小之比为;
(2)“天宫一号”跟“神舟十号”的向心加速度大小之比为;
(3)“天宫一号”与地球同步卫星的轨道半径大小之比为.
解析
解:(1、2)根据G=m
=ma,又 r=R+h
则得 v=,a=
,
所以“天宫一号”跟“神舟十号”的线速度大小之比为=
,
向心加速度大小之比为=
,
(3))“天宫一号”与地球同步卫星的轨道半径大小之比.
答:(1)“天宫一号”跟“神舟十号”的线速度大小之比为;
(2)“天宫一号”跟“神舟十号”的向心加速度大小之比为;
(3)“天宫一号”与地球同步卫星的轨道半径大小之比为.
如图所示,a为放在赤道上相对地球静止的物体,随地球自转做匀速圆周运动,b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星(轨道半径等于地球半径),c为地球的同步卫星,以下关于a、b、c的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:对于放在赤道上的物体a和同步卫星c有运动周期相同,据a=知,轨道半径大的同步卫星c具有更大的向心加速度即ac>aa,据v=r
知轨道半径大的同步卫星c具有更大的线速度即vc>va,
对于近地卫星b和同步卫星c据万有引力提供圆周运动向心力有:有:
线速度知轨道半径大的c线速度小即vb>vc,周期T=
知轨道半径大的c周期大即Tc>Tb,向心加速度a=
知,轨道半径大的卫星c的向心加速度小即ab>ac.
综上所知有:
A、ab>ac>aa,所以有A正确;
B、ab>ac>aa,所以B错误;
C、vb>vc>va,所以C错误;
D、Ta=Tc>Tb,所以D错误.
故选:A.
如图所示,A是地球的同步卫星.另一卫星B的圆形轨道位于赤道平面内,离地面高度为h.已知地球半径为R,地球自转角速度为ω,地球表面的重力加速度为g,O为地球中心,忽略地球自转影响.
(1)求卫星B的运行周期;
(2)如卫星B绕行方向与地球自转方向相同,某时刻A、B两卫星相距最近(O、B、A在同一直线上且B、A同侧),则至少经过多长时间,它们再一次相距最近?
正确答案
解:(1)设地球质量为M,卫星质量为m,根据万有引力和牛顿运动定律,有:
在地球表面有:
联立得:.
(2)它们再一次相距最近时,一定是B比A多转了一圈,有:
ωBt-ω0t=2π
其中得:
t=
答:(1)卫星B的运行周期为;
(2)至少经过时间,它们再一次相距最近.
解析
解:(1)设地球质量为M,卫星质量为m,根据万有引力和牛顿运动定律,有:
在地球表面有:
联立得:.
(2)它们再一次相距最近时,一定是B比A多转了一圈,有:
ωBt-ω0t=2π
其中得:
t=
答:(1)卫星B的运行周期为;
(2)至少经过时间,它们再一次相距最近.
已知地球的半径为r,自转周期为T;某一颗地球同步卫星绕地球运动的轨道半径为R;万有引力常量为G;如果把该卫星的运动看作匀速圆周运动,则( )
正确答案
解析
解:A、研究同步卫星绕地球圆周运动,利用万有引力提供向心力得:
=m
R
M=,故A错误,B正确
C、根据密度定义式ρ==
,故C错误,D正确;
故选:BD.
北京时间2012年2月25日凌晨O时12分,中国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭,将第十一颗“北斗”导航卫星成功送入太空预定转移轨道,这是一颗地球静止轨道卫星,“北斗”导航卫星定位系统由静止轨道卫星(同步卫星)、中轨道卫星和倾斜同步卫星组成,中轨道卫星轨道半径约为27900公里,静止轨道卫星的半径约为42400公里.(≈0.53可供应用),下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据,T=2π
,所以中轨道卫星和静止轨道卫星的周期比
≈0.53.则中轨道卫星的周期T1=0.53×24h=12.7h.故A正确.
B、静止轨道卫星和中轨道卫星都是地球卫星,发射速度大于地球的第一宇宙速度,小于地球的第二宇宙速度,故B错误;
C、根据=ma,轨道半径越大,向心加速度越小,中轨道卫星的轨道半径小,向心加速度大.故C错误.
D、随地球自转物体的角速度与静止轨道卫星角速度相等,根据v=ωr可知,知道轨道半径越大,线速度越大,所以静止轨道卫星线速度大.故D错误.
故选:A
如图所示,发射地球同步卫星时,可先将卫星发射至距地面高度为h1的圆形轨道Ⅰ上,然后再经过一系列的变轨技术将卫星送入同步圆形轨道Ⅱ上.已知地球的半径为R,地球表面重力加速度为g,地球的自转周期为T,求:
(1)卫星在轨道Ⅰ上运行时速度v的大小;
(2)同步轨道Ⅱ距地面的高度h2.
正确答案
解:(1)卫星在轨道Ⅰ上由万有引力提供向心力得
G=m
得v=
又在地球表面上的物体受到的重力等于万有引力mg=
得GM=gR2
因此卫星在轨道Ⅰ上运行时的速度大小v=
(2)同步轨道的公转周期等于地球的自转周期T,设同步轨道Ⅱ距地面的高度为h2,则有
G=m(R+h2)(
)2
又GM=gR2
解得 h2=
答:(1)卫星在轨道Ⅰ上运行时速度v的大小为;
(2)同步轨道Ⅱ距地面的高度h2为.
解析
解:(1)卫星在轨道Ⅰ上由万有引力提供向心力得
G=m
得v=
又在地球表面上的物体受到的重力等于万有引力mg=
得GM=gR2
因此卫星在轨道Ⅰ上运行时的速度大小v=
(2)同步轨道的公转周期等于地球的自转周期T,设同步轨道Ⅱ距地面的高度为h2,则有
G=m(R+h2)(
)2
又GM=gR2
解得 h2=
答:(1)卫星在轨道Ⅰ上运行时速度v的大小为;
(2)同步轨道Ⅱ距地面的高度h2为.
地球表面的重力加速度为g,地球半径为R.某颗中轨道卫星绕地球做匀速圆周运动,轨道离地面的高度是地球半径的3倍.则该卫星做圆周运动的向心加速度大小为______;线速度大小为______;周期为______.
正确答案
解析
解:由题意知卫星离地面的高度为3R,则卫星的轨道半径为r=4R,所以在地球表面重力与万有引力相等有:
⇒GM=gR2
卫星在轨道上做圆周运动,万有引力提供圆周运动向心力有:有:
卫星的加速度:=
卫星的线速度:=
卫星的周期T==16
故答案为:,
,
.
设地球的半径为R0,质量为m的卫星在距地面2R0高处做匀速圆周运动,地面的重力加速度为g,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、研究卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式:
=m
,
解得:v= 其中r=3R0 ①
忽略地球自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式:=mg,
解得:GM=gR02 ②
由①②得:卫星的速度大小v=,故A错误
B、卫星的角速度ω==
,故B错误
C、根据圆周运动知识得:a==
,故C错误
D、卫星的周期T==2π
,故D正确
故选D.
甲、乙两颗人造地球卫星围绕地球做匀速圆周运动,它们的质量之比m1:m2=1:2,它们圆周运动的轨道半径之比为r1:r2=1:2,下列关于卫星的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:人造卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,设卫星的质量为m、轨道半径为r、地球质量为M,有:
F=F向
=m
=mω2r=ma=
A、线速度v=,它们圆周运动的轨道半径之比为r1:r2=1:2,
故甲、乙两颗人造地球卫星的线速度之比v1:v2=:1,故A错误;
B、周期T=2π,它们圆周运动的轨道半径之比为r1:r2=1:2,
甲、乙两颗人造地球卫星的运行周期之比T1:T2=1:2,故B错误;
C、加速度a=,它们圆周运动的轨道半径之比为r1:r2=1:2,
甲、乙两颗人造地球卫星的向心加速度比a1:a2=4:1,故C正确;
D、向心力F=,
甲、乙两颗人造地球卫星的向心力之比F1:F2=2:1,故D正确;
故选:CD.
2008年9月25日至28日,我国成功实施了“神舟”七号载人航天飞行并实现了航天员首次出舱.飞船先沿椭圆轨道飞行,然后在远地点343千米处点火加速,由椭圆轨道变成高度为343千米的圆轨道,在此圆轨道上飞船运行周期约为90分钟.下列判断错误的是( )
正确答案
解析
解:A、在远地点343千米处点火加速,机械能增加,故A错误.
B、飞船在圆轨道上时,航天员出舱前后,航天员所受地球的万有引力提供航天员做圆周运动的向心力,航天员此时的加速度就是万有引力加速度,即航天员出舱前后均处于完全失重状态,故B正确;
C、因为飞船在圆形轨道上的周期为90分钟小于同步卫星的周期,根据ω=可知角速度与周期成反比,所以飞船在此圆轨道上运动的角度速度大于同步卫星运动的角速度,故C正确;
D、飞船变轨前后通过椭圆轨道远地点时的加速度均为万有引力加速度,据可知,轨道半径一样则加速度一样,故D正确.
本题选择错误的是,故选:A.
2012年4月30日4时50分,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭,成功发射两颗北斗导航卫星,卫星顺利进入预定转移轨道.若其中一颗卫星A进入半径为R1的圆轨道,另一颗卫星B进入半径为R2的圆轨道,且R1<R2,假设两颗卫星的质量相等.则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:卫星的向心力都由地球的万有引力提供,则有 G=man=m
=mω2r=m
,则可知:
A、由①得:向心加速度an=,半径越大,向心加速度越小,则a1>a2.故A错误.
B、向心力F=G,两卫星的质量相等,则半径越大,向心力越小,所以F1>F2.故B错误.
C、由①得:周期T=,半径越大,周期越大,则T1<T2.故C正确
D、由①得:运行速度为v=,则
.故D错误.
故选C
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