- 万有引力与航天
- 共16469题
某卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度大小为v,已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,该卫星的轨道半径为( )
正确答案
解析
解:设地球的质量为M,静止在地面上的物体质量为m,忽略地球的自转时
所以 GM=gR2
人造地球卫星做匀速圆周运动时由万有引力提供向心力:
解得:
故选:B
一艘宇宙飞船绕着某行星作匀速圆周运动,已知飞船到行星表面的距离等于行星的半径R,行星表面的重力加速度为g,引力常量为G.
求:(1)该行星的质量M;
(2)宇宙飞船的周期T.
(3)宇宙飞船的速度v.
正确答案
解:(1)设宇宙飞船的质量为m,飞船的轨道半径为r=2R
行星表面的万有引力等于重力得
=mg
M=,
(2)宇宙飞船绕着某行星作匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,
=m
GM=gR2
T=4π,
(3)根据圆周运动公式v=得
宇宙飞船的速度v=,
答:(1)该行星的质量是;
(2)宇宙飞船的周期T是4π.
(3)宇宙飞船的速度是.
解析
解:(1)设宇宙飞船的质量为m,飞船的轨道半径为r=2R
行星表面的万有引力等于重力得
=mg
M=,
(2)宇宙飞船绕着某行星作匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,
=m
GM=gR2
T=4π,
(3)根据圆周运动公式v=得
宇宙飞船的速度v=,
答:(1)该行星的质量是;
(2)宇宙飞船的周期T是4π.
(3)宇宙飞船的速度是.
甲、乙两个做匀速圆周运动的卫星,角速度和线速度分别为ω1、ω2和v1、v2,若它们的轨道半径之比为,则下列表达式中正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有:
可得,所以
线速度v=,所以
故选:C.
我国发射“神州九号”飞船与“天宫一号”实现空中对接,对接前分别在如图所示的圆形轨道上做匀速圆周运动.则( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有有:
A、向心加速度a=知神舟九号半径小加速度大,故A正确;
B、线速度v=知神舟九号半径小线速度大,故B错误;
C、周期T=知神舟九号半径小,周期小,故C错误;
D、第一宇宙速度是近地卫星运行速度,根据v=可知,神舟九号速度小于第一宇宙速度,故D错误.
故选:A.
据中国气象局报道,针对我国出现的持续性雾霾天气,风云三号卫星已经成为及时监测雾霾覆盖省份、覆盖面积和强度等情况的重要手段,风云三号卫星属于极轨道气象卫星,已知风云三号在距地球表面高度为h的轨道上做匀速圆周运动.地球的半径为R,地球表面的重力加速度为g.求:
(1)风云三号卫星在轨道上的运行速率v;
(2)风云三号卫星在轨道上的运行周期T.
正确答案
解:对“风云三号”卫星,万有引力等于向心力,故:
…①
对地面附近质量为m0的物体,在地面附近,重力等于万有引力,故:G=m0g…②
联立①②解得:
T=2π
对“风云三号”卫星,由v=得:v=
答:(1)风云三号卫星在轨道上的运行速率v为;
(2)风云三号卫星在轨道上的运行周期T为2π.
解析
解:对“风云三号”卫星,万有引力等于向心力,故:
…①
对地面附近质量为m0的物体,在地面附近,重力等于万有引力,故:G=m0g…②
联立①②解得:
T=2π
对“风云三号”卫星,由v=得:v=
答:(1)风云三号卫星在轨道上的运行速率v为;
(2)风云三号卫星在轨道上的运行周期T为2π.
我国在轨运行的气象卫星有两类,一类是极地轨道卫星-风云1号,绕地球做匀速圆周运动的周期为12h,另一类是地球同步轨道卫星-风云2号,运行周期为24h.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:卫星绕地球圆周运动有:可知,风云一号卫星周期和半径均小于风云二号卫星的周期和半径.
A、根据万有引力提供圆周运动向心力有卫星的线速度
,所以风云一号卫星的半径小,线速度大,故A错误;
B、根据万有引力提供圆周运动向心力有卫星的向心加速度a=
,风云一号的半径小,向心加速度大于风云二号卫星的向心加速度,故B正确;
C、向高轨道上发射卫星需要克服地球引力做更多的功,故向高轨道上发射卫星需要更大的发射速度,故C错误;
D、风云2号是同步卫星,相对地面静止,而风云1号不是同步卫星,相对地面是运动的,故D错误.
故选:B.
地球半径为R,距地心高为H有一颗同步卫星,有另一个半径为2R的星球,距该星球球心高度为2H处也有一颗同步卫星,它的周期为48h,则该星球的平均密度与地球的平均密度的比值为( )
正确答案
解析
解:由万有引力提供向心力:,得:M=
体积公式:V=
则密度表达式:=
则有:=
=
=
则C正确,
故选:C
近地人造卫星沿圆形轨道运行时,由于受到大气的摩擦阻力作用,轨道半径逐渐减小.关于这个卫星的运动,下列说法中不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据G=m
,得v=
,则知轨道半径减小,速率增大.故A错误.
B、根据G=m
r,则得T=2π
,知轨道半径减小,周期减小.故B正确.
C、根据G=ma,得a=
,则知轨道半径减小,向心加速度增大.故C正确.
D、向心力F=G,则知轨道半径减小,向心力增大.故D正确.
本题选错误的,故选A.
如图所示,“神舟”飞船升空后,进入近地点为 B,远地点为 A 的椭圆轨道 I 上飞行.飞行数圈后变轨.在过远地点 A 的圆轨道Ⅱ上做匀速圆周运动.飞船由椭圆轨道运行变轨到圆形轨道运行后周期______(变短、不变或变长),机械能______(增加、减少或不变).
正确答案
变长
增加
解析
解:飞船在椭圆轨道运行时轨道的半长轴比在圆形轨道上的半径(相等于半长轴)要小,根据开普勒第三定律:,所以半径小的周期也小;
飞船在A点时,它的向心力由万有引力提供.在椭圆轨道上经过A点时飞船做向心运动,所以万有引力提供的向心力大于需要的向心力,即:
飞船在大的圆轨道上运动时,万有引力提供的向心力等于需要的向心力,即:,所以v2>v1,所以飞船变轨道后的速度变大,动能变大,机械能就变大.
故答案为:变长;增加.
发射地球同步卫星时,可认为先将卫星发射至距地面高度为h1的圆形轨道上,在卫星经过A点时点火(喷气发动机工作)实施变轨进入椭圆轨道,椭圆轨道的近地点为A,远地点为B.在卫星沿椭圆轨道运动经过B点再次点火实施变轨,将卫星送入同步轨道(远地点B在同步轨道上),如图所示.两次点火过程都是使卫星沿切向方向加速,并且点火时间很短.已知同步卫星的运动周期为T,地球的半径为R,地球表面重力加速度为g,求:
(1)地球的第一宇宙速度
(2)卫星在圆形轨道运行接近A点时的加速度大小;
(3)卫星同步轨道距地面的高度.
正确答案
解:(1)卫星作圆周运动向心力由重力提供即:
解得:
(2)设地球质量为M,卫星质量为m,万有引力常量为G、卫星在近地圆轨道运动接近A点时的加速度为aA,在A点万有引力提供圆周运动向心力有:
①
又因为物体在地球表面上受到的万有引力等于重力
②
由①和②解得:
(3)设同步轨道距地面高度为h2,根据万有引力提供向心力有:、
③
由②③两式解得:h2=
答:(1)地球的第一宇宙速度
(2)卫星在圆形轨道运行接近A点时的加速度大小为;
(3)卫星同步轨道距地面的高度h2=.
解析
解:(1)卫星作圆周运动向心力由重力提供即:
解得:
(2)设地球质量为M,卫星质量为m,万有引力常量为G、卫星在近地圆轨道运动接近A点时的加速度为aA,在A点万有引力提供圆周运动向心力有:
①
又因为物体在地球表面上受到的万有引力等于重力
②
由①和②解得:
(3)设同步轨道距地面高度为h2,根据万有引力提供向心力有:、
③
由②③两式解得:h2=
答:(1)地球的第一宇宙速度
(2)卫星在圆形轨道运行接近A点时的加速度大小为;
(3)卫星同步轨道距地面的高度h2=.
已知甲、乙两颗行星的半径之比为b,环绕甲、乙两行星表面运行的卫星周期之比为c,则下列结论中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、据可知角速度之比等于周期的倒数比,故为
,故A正确;
B、根据圆周运动公式v=所以甲乙两行星的第一宇宙速度之比为
,故B错误;
C、研究卫星绕行星表面匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式:,所以行星质量M=
,所以甲乙两行星的质量之比为
,故C正确;
D、忽略行星自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式=
=mg可得行星表面的重力加速度g=
,所以两行星表面重力加速度之比为
,故D正确.
故选:ACD.
已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,万有引力常量为G,现有一质量为m的卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为r,求:
(1)地球的质量M
(2)卫星在轨道上做匀速圆周运动的周期.
正确答案
解:(1)在地球表面附近,重力等于万有引力
解得地球的质量为M=
(2)对卫星,根据万有引力提供向心力有:
得
代入地球的质量,得
答:(1)地球的质量M为.
(2)卫星在轨道上做匀速圆周运动的周期为.
解析
解:(1)在地球表面附近,重力等于万有引力
解得地球的质量为M=
(2)对卫星,根据万有引力提供向心力有:
得
代入地球的质量,得
答:(1)地球的质量M为.
(2)卫星在轨道上做匀速圆周运动的周期为.
有一种卫星叫做极地卫星,其轨道平面与地球的赤道平面成90°角,它常应用于遥感探测.假设有一个极地卫星绕地球做匀速圆周运动,已知该卫星的运动周期为(T0为地球的自转周期),地球表面的重力加速度为g,地球半径为R.则:
(1)求地球的第一宇宙速度?
(2)该卫星一昼夜能有几次经过赤道上空?试说明理由.
(3)该卫星离地的高度H为多少?
正确答案
解:(1)第一宇宙速度是圆形近地轨道的环绕速度,根据重力等于向心力
mg=m
v=,
(2)卫星周期T=,则卫星一昼夜绕地球转4圈,卫星每个周期经过赤道上空两次,因此一昼夜卫星经过地球赤道上空8次;
(3)卫星绕地球做圆周运动,由牛顿第二定律得:=m
(R+H),
在地球表面的物体受到的重力等于万有引力,即:
G=m′g
解得:H=-R.
答:(1)地球的第一宇宙速度是;
(2)该卫星一昼夜卫星经过地球赤道上空8次.
(3)该卫星离地的高度H为-R.
解析
解:(1)第一宇宙速度是圆形近地轨道的环绕速度,根据重力等于向心力
mg=m
v=,
(2)卫星周期T=,则卫星一昼夜绕地球转4圈,卫星每个周期经过赤道上空两次,因此一昼夜卫星经过地球赤道上空8次;
(3)卫星绕地球做圆周运动,由牛顿第二定律得:=m
(R+H),
在地球表面的物体受到的重力等于万有引力,即:
G=m′g
解得:H=-R.
答:(1)地球的第一宇宙速度是;
(2)该卫星一昼夜卫星经过地球赤道上空8次.
(3)该卫星离地的高度H为-R.
如图所示,有A、B两颗卫星绕地心O做圆周运动,旋转方向相同.A卫星的周期为T1,B卫星的周期为T2,在某一时刻两卫星相距最近,则(引力常量为G)( )
正确答案
解析
解:A、两行星相距最近时,两行星应该在同一半径方向上,
A多转动一圈时,第二次追上,转动的角度相差2π,即:t-
t=2π,
解得:t=.故A错误;
B、根据万有引力提供向心力得:
=m
r
A卫星的周期为T1,B卫星的周期为T2,所以:
,故B错误;
C、若己知两颗卫星相距最近时的距离,结合两颗卫星的轨道半径之比可以求得两颗卫星的轨道半径,根据万有引力提供向心力得:
=m
r,所以可求出地球的质量,故C正确
D、不知道地球的半径,所以不可求出地球表面的重力加速度,故D错误;
故选:C.
设两人造地球卫星的质量比为1:2,到地球球心的距离比为1:3,则它们的( )
正确答案
解析
解:人造地球卫星绕地球运行时,由万有引力提供向心力,则得:F=G=m
r=m
=ma
则得 T=,v=
,a=
由题意:r1:r2=1:3
由上式得:周期之比T1:T2=1:3;线速度比为v1:v2=
:1;向心加速度比为a1:a2=1:9;向心力之比为 F1:F2=9:2
故选:BC.
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