- 万有引力与航天
- 共16469题
设地球的半径为R0,质量为m的卫星在距地面R0高处做匀速圆周运动,地面的重力加速度为g0,则以下说法错误的是( )
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:,
解得:v= 其中r=2R0 ①
忽略地球自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式:,
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正确.
C、根据圆周运动知识得:a==
,故C错误.
D、卫星的周期T==
,故D正确.
本题选择不正确的.
故选:AC.
如图所示,质量相同的三颗卫星a、b、c绕地球做匀速圆周运动,其中b、c在地球的同步轨道上,a距离地球表面的高度为R,此时a、b恰好相距最近.已知地球质量为M、半径为R、地球自转的角速度为ω.万有引力常量为G,则( )
正确答案
解析
解:A、卫星b绕地球做匀速圆周运动,7.9km/s是指在地球上发射的物体绕地球飞行作圆周运动所需的最小初始速度,11.2km/s是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度.所以发射卫星b时速度大于7.9km/s,而小于11.2km/s,故A错误;
B、卫星从低轨道到高轨道需要克服引力做较多的功,卫星a、b质量相同,所以卫星b的机械能大于卫星a的机械能.故B正确;
C、b、c在地球的同步轨道上,所以卫星b、c和地球具有相同的周期和角速度.
由万有引力提供向心力,即 =mω2r
ω=,a距离地球表面的高度为R,所以卫星a的角速度ωa=
此时a、b恰好相距最近,到卫星a和b下一次相距最近,
(ωa-ω)t=2π
t=,故C错误;
D、让卫星c加速,所需的向心力增大,由于万有引力小于所需的向心力,卫星c会做离心运动,离开原轨道,所以不能与b实现对接,故D错误;
故选:B.
已知地球的半径R=6.4×106m,地面附近的重力加速度g=9.8m/s2,计算在距离地面高为h=2.0×106m的圆形轨道上的卫星做匀速圆周运动的线速度v和周期T.
正确答案
解:(1)在地面附近有: ①
在离地面h高处轨道上有: ②
由 ①②联立得v==
=6.9×103m/s
(2)由得:
T==
=7.6×103s
答:卫星运动的线速度为6.9×103m/s;卫星的周期为7.6×103s.
解析
解:(1)在地面附近有: ①
在离地面h高处轨道上有: ②
由 ①②联立得v==
=6.9×103m/s
(2)由得:
T==
=7.6×103s
答:卫星运动的线速度为6.9×103m/s;卫星的周期为7.6×103s.
设地面附近重力加速度为g0,地球半径为R0,人造地球卫星的圆形轨道半径为R,那么以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:在地球表面重力等于万有引力:,可得GM=
,所以:
A、卫星在轨道上运动时万有引力提供圆周运动向心力,可知,卫星的加速度
,故A正确;
B、卫星在轨道上万有引力提供圆周运动向心力有:,得卫星运行的线速度v=
,故B正确;
C、卫星在轨道上运动时万有引力提供圆周运动向心力有:,得卫星运动的角速度ω=
=
,故C错误;
D、由C分析知卫星的周期,故D正确.
故选:ABD.
两颗地球工作卫星均绕地心O做匀速圆周运动,轨道半径为r,某时刻两颗工作卫星分别位于轨道上的A、B两位置(如图所示).若卫星均顺时针运行,地球表面处的重力加速度为g,地球半径为R,不计卫星间的相互作用力.则以下判断中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据F合=ma得,
对卫星有=ma,
取地面一物体由=mg,
联立解得a=g,故A正确.
B、根据G=m(
)2r①,
又GM=gR2②,
t=T③,
联立①②③可解得t=.故B正确;
C、D、若卫星1向后喷气,则其速度会增大,卫星1将做离心运动,轨道半径增大,所以周期增大,卫星1不可能追上卫星2.故C错误,D正确;
故选:ABD
2013年6月11日神舟十号发射升空,神舟十号在离地面高h(h不可忽略)的轨道上绕地球做匀速圆周飞行,飞行一周需90分钟.如图I、Ⅱ分别为天官一号和神舟十号的运行轨道,天官一号的轨道半径是固定的,13日神舟十号与天宫一号实现交会对接,之后王亚萍进行了天宫授课,做了四个科学演示实验.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、7.9km/s是第一宇宙速度,是近地卫星的环绕速度,根据公式v=,轨道半径越大,线速度越小,故神舟十号做匀速圆周飞行的速度一定小于7.9km/s,故A错误;
B、神舟十号做匀速圆周时飞行一周需90分钟,同步卫星的周期为24小时,而卫星越高越慢,故神舟十号做匀速圆周飞行的高度小于地球同步卫星的轨道,故B错误;
C、神舟十号要实现与天官一号对接,必须在合适的位置加速做离心运动到达圆形轨道I,故C错误;
D、天宫授课的实验演示中,水可以形成“水球”是在完全失重状态下形成的,否则由于重力的影响,“水球”不是规则的球体,故D正确;
故选:D.
某航天飞机在地球赤道上空飞行,轨道半径为r,飞行方向与地球自传方向相同,设地球自转的角速度为ω0,地球半径为R,地球表面重力加速度为g,在某时刻航天飞机通过赤道上某建筑物的上方,求它下次通过该建筑物上方所需的时间.
正确答案
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==mω2r
解得:
ω= ①
卫星再次经过某建筑物的上空,卫星多转动一圈,有:
(ω-ω0)t=2π ②
在地球表面,重力等于万有引力得:
=mg
地球表面的重力加速度为:
g= ③
联立①②③后,解得:
t=
答:它下次通过该建筑物上方所需的时间为.
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==mω2r
解得:
ω= ①
卫星再次经过某建筑物的上空,卫星多转动一圈,有:
(ω-ω0)t=2π ②
在地球表面,重力等于万有引力得:
=mg
地球表面的重力加速度为:
g= ③
联立①②③后,解得:
t=
答:它下次通过该建筑物上方所需的时间为.
美国科学家发射的最新火星登陆器“凤凰”号(造价高达4.2亿美元)登陆火星后(下图为“凤凰”号着陆情景),为了测定火星的重力加速度,进行了如下实验.在一外方内圆的盒子内放一个小球,且小球质量与盒子质量相等均为m,通过计算机控制,给小球一个初速度υ,让小球在竖直平面内做圆周运动,结果发现小球在经过最高点时盒子刚好能离开地面,已知盒子内壁光滑,半径为R,火星的半径为R‘试求:
(1)火星表面的重力加速度?
(2)“凤凰”号返回地球时,离开火星时的速度?(第一宇宙速度和第二宇宙速度的关系为)
正确答案
解:(1)设小球经过最高点时速度为υ‘,由最低点到最高点时,机械能守恒,则有
在最高点,由题意可知方盒对小球向下的作用力为mg,由牛顿第二定律得
联立解得:…①
(2)设火星质量为M,则由万有引力定律可得在火星表面上有…②
当“凤凰”号沿火星表面上附近运动时有…③
联立①②③解得:
根据题意可知“凤凰”号返回地球时,离开火星时的速度必须满足第二宇宙速度,即“凤凰”号离开火星时的速度为:
答:(1)火星表面的重力加速度.
(2))“凤凰”号返回地球时,离开火星时的速度.
解析
解:(1)设小球经过最高点时速度为υ‘,由最低点到最高点时,机械能守恒,则有
在最高点,由题意可知方盒对小球向下的作用力为mg,由牛顿第二定律得
联立解得:…①
(2)设火星质量为M,则由万有引力定律可得在火星表面上有…②
当“凤凰”号沿火星表面上附近运动时有…③
联立①②③解得:
根据题意可知“凤凰”号返回地球时,离开火星时的速度必须满足第二宇宙速度,即“凤凰”号离开火星时的速度为:
答:(1)火星表面的重力加速度.
(2))“凤凰”号返回地球时,离开火星时的速度.
火星半径是地球半径的一半,火星质量约为地球质量的,那么地球表面质量为m的人受到地球的吸引力约为火星表面同质量的人受到火星引力的多少倍?
正确答案
解:根据星球表面的万有引力等于重力得:
=mg
解得:g=,
火星的半径是地球半径的-半,火星的质量约为地球质量的,
所以火星与地球上重力加速度之比为,
根据星球表面的万有引力等于重力得到:F万=mg
地球表面50Kg的物体受到地球的引力约是火星表面同等质量的物体受到火星引力的倍.
答:地球表面质量为m的人受到地球的吸引力约为火星表面同质量的人受到火星引力的倍.
解析
解:根据星球表面的万有引力等于重力得:
=mg
解得:g=,
火星的半径是地球半径的-半,火星的质量约为地球质量的,
所以火星与地球上重力加速度之比为,
根据星球表面的万有引力等于重力得到:F万=mg
地球表面50Kg的物体受到地球的引力约是火星表面同等质量的物体受到火星引力的倍.
答:地球表面质量为m的人受到地球的吸引力约为火星表面同质量的人受到火星引力的倍.
今年4月30日,西昌卫星发射中心发射的中圆轨道卫星,其轨道半径为2.8×l07m.它与另一颗同质量的同步轨道卫星(轨道半径为4.2×l07m)相比( )
正确答案
解析
解:设地球的质量为M,卫星的质量为m,轨道半径为r,
卫星由万有引力提供向心力得
=
=mω2r
解得:v=
ω=
A、向心力F=,轨道半径为2.8×107m的卫星向心力较大,故A错误
B、v=,轨道半径为2.8×107m的卫星速度较大,动能较大,故B正确
C、第一宇宙速度是发射卫星的最小速度,离地球越远,需要的发射速度越大,故C错误
D、ω=,轨道半径为2.8×107m的卫星角速度较大,故D错误
故选B.
(2016•湛江一模)2013年6月11日“神舟十号”在酒泉卫星发射中心由长征二号F改进型运载火箭成功发射,搭载三位航天员--聂海胜、张晓光、王亚平,6月26日回归地球.已知地球的半径为R,引力常量为G,地球自转周期为T0,“神舟十号”的周期为T,宇航员在A点测出地球的张角为α,则( )
正确答案
解析
解:A、“神舟十号”飞船绕地球匀速圆周运动,线速度为v=…①
又由几何关系知sin()=
…②
由①②解得:v=,故A正确;
B、“神舟十号”的周期为T,所以“神舟十号”飞船绕地球运动的角速度为.故B错误;
C、“神舟十号”飞船绕地球一圈时间为T,飞船绕一圈会经历日出一次,所以每过时间T就经历日出一次,得一天内飞船经历日出的次数为,故C错误;
D、万有引力提供向心力则:
③
联立②③得:M=.故D正确.
故选:AD
a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星.其中a、c的轨道相交于P,b、d在同一个圆轨道上,b、c轨道在同一平面上.某时刻四颗卫星的运行方向及位置如图所示.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力;
A、由牛顿第二定律得:G=ma,解得:a=
,由题意可知:ra=rc<rb=rd,则:aa=ac>ab=ad,故A错误;
B、由牛顿第二定律得:G=mω2r,解得:ω=
,由题意可知:ra=rc<rb=rd,则:ωa=ωc>ωb=ωd,故B正确;
C、由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,由题意可知:ra=rc<rb=rd,则:va=vc>vb=vd,故C错误;
D、由以上分析可知,a、c的轨道半径相等,线速度v相等,a、c不会发生碰撞;
故选:B.
我国发射“嫦娥一号”飞船探测月球,当宇宙飞船到了月球上空先以速度v绕月球做圆周运动,为了使飞船较安全的落在月球上的B点,在轨道A点瞬间点燃喷气火箭,关于此时刻,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AC、由G=ma,解得:a=
.喷气方向与v的方向一致,则飞船速度减小,但是此瞬间半径没变,故A点飞船向心加速度是不变的,故A错误,C正确.
BD、喷气方向与v的方向相反,飞船速度加速,此瞬间半径也没变,同理可以知道飞船向心加速度是不变的.故B、D错误
故选:C
科学家分析,随着地球上各地地震、海啸的不断发生,会导致地球的自转变快.理论分析,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、“天宫一号”飞行器的向心力由地球的万有引力提供,其高度与地球的自转快慢无关,故A错误.
B、地球自转快了,则地球自转的周期变小.对于赤道上的物体来说,由于地球自转的周期变小,在地面上的物体随地球自转所需的向心力会增大,而“向心力”等于“地球对物体的万有引力减去地面对物体的支持力”,万有引力的大小不变,所以必然是地面对物体的支持力减小.地面对物体的支持力大小等于物体受到的“重力”,所以是物体的“重力”减小了.故B错误.
C、对地球同步卫星而言,卫星的运行周期等于地球的自转周期.地球自转的周期T变小了,由开普勒第三定律=k可知,卫星的轨道半径R减小,卫星的高度要减小些,故C正确.
D、地球的第一宇宙速度 v=,R是地球的半径,可知v与地球自转的速度无关,故D错误.
故选:C.
(2015春•许昌月考)某物理兴趣小组利用电脑模拟卫星绕地球做匀速圆周运动的情景,当卫星绕地球运动的轨道半径为R时,线速度为v,周期为T.下列变换符合物理规律的是( )
正确答案
解析
解:A、B、根据万有引力提供向心力=m
=mr
,T=
,若卫星轨道半径从R变为2R,则卫星运行周期从T变为2
T,故A错误B正确 B、C、根据万有引力提供向心力
=m
得v=
若卫星轨道半径从R变为2R,则卫星运行线速度从v变为v,故C错误
D、若卫星运行线速度从v变为v,卫星轨道半径从R变为4R,则卫星运行周期从T变为8T.故D错误
故选:B.
扫码查看完整答案与解析