- 万有引力与航天
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两颗人造卫星的质量之比m1:m2=1:2,轨道半径之比R1:R2=3:1.求:
(1)两颗卫星运行的线速度之比;______
(2)两颗卫星运行的角速度之比;______
(3)两颗卫星运行的周期之比;______
(4)两颗卫星运行的向心加速度之比;______
(5)两颗卫星运行的向心力之比.______.
正确答案
1:
1
1:9
1:18
解析
解:设地球的质量为M,两颗人造卫星的线速度分别为V1、V2,角速度分别为ω1、ω2,运行周期分别为T1、T2,向心力分别为F1、F2;
(1)根据万有引力和圆周运动规律有:
得:
所以:
故二者线速度之比为1:.
(2)根据万有引力充当向心力公式,有:
得:
故二者角速度之比为:.
(3)根据圆周运动规律有:
故二者运行周期之比为:
(4)根据万有引力充当向心力公式有:
得:
(5)由牛顿第二定律:F=ma得:两颗卫星运行的向心力之比:
故答案为:1:;1:
;
:1;1:9;1:18.
一地球卫星距地面高度为地球半径,用弹簧秤将一物体悬挂在卫星内.物体在地球表面的重力为100N,则物体在卫星中受到地球的引力为______ N,弹簧秤的读数为______.(g=10m/s2)
正确答案
25
0
解析
解:在地球表面有:100N=①
在卫星中F=②
由①和②可得F=
在卫星内,物体受到的万有引力全部用来充当向心力,故物体对弹簧秤的拉力为0.
故答案为:25,0
有一绕地球做匀速圆周运动的人造卫星,其运动方向与地球的自转方向相同.轨道半径为2R(R为地球半径).地球自转的角速度为ω0.若某时刻卫星经过赤道上某幢楼房的上空,那么卫星再次经过这幢楼房的上空时,需经历的时间为(已知地球表面的重力加速度为g)( )
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
F=G
F向=mω2r
因而
G=mω2r
解得
ω==
①
卫星再次经过这幢楼房的上空,卫星多转动一圈,有
(ω-ω0)t=2π ②
地球表面的重力加速度为
③
联立①②③后,解得
t=
故选A.
绕地球作匀速圆周运动的人造地球卫星离地面越高,其线速度越______,旋转周期越______.
正确答案
小
大
解析
解:设人造卫星质量为m,地球质量为M,人造卫星与地球之间的距离为r,
根据万有引力定律得:地球与人造卫星间的万有引力F=,
根据万有引力提供向心力得:
知v=
,由r=R+h知,h越大线速度越小;
由=
知:
T=2π,则h越大,T也越大.
故答案为:小;大.
已知地球半径为R,地表重力加速度为g,同步卫星和“神州七号”卫星离地高度分别为h1和h2,求:
(1)同步卫星和“神州七号”卫星的线速度之比.
(2)赤道上的物体和“神州七号”卫星的角速度之比.
(3)赤道上的物体和“神州七号”卫星的向心加速度之比.
正确答案
解:(1)近地卫星、同步卫星的向心力是由万有引力提供,
=m
解得:v=,
同步卫星和“神州七号”卫星离地高度分别为h1和h2,所以同步卫星和“神州七号”卫星的线速度之比是,
(2)根据万有引力提供向心力得:
=mω2r
ω=,
同步卫星、赤道上的物体的角速度相等,
所以赤道上的物体和“神州七号”卫星的角速度之比是,
(3)同步卫星、赤道上的物体的角速度相等,根据a=mω2r,
所以赤道上的物体和同步卫星的向心加速度之比是,
根据万有引力提供向心力得:
=ma
同步卫星和“神州七号”卫星的向心加速度之比是,
所以赤道上的物体和“神州七号”卫星的向心加速度之比是,
答:(1)同步卫星和“神州七号”卫星的线速度之比是.
(2)赤道上的物体和“神州七号”卫星的角速度之比是.
(3)赤道上的物体和“神州七号”卫星的向心加速度之比是.
解析
解:(1)近地卫星、同步卫星的向心力是由万有引力提供,
=m
解得:v=,
同步卫星和“神州七号”卫星离地高度分别为h1和h2,所以同步卫星和“神州七号”卫星的线速度之比是,
(2)根据万有引力提供向心力得:
=mω2r
ω=,
同步卫星、赤道上的物体的角速度相等,
所以赤道上的物体和“神州七号”卫星的角速度之比是,
(3)同步卫星、赤道上的物体的角速度相等,根据a=mω2r,
所以赤道上的物体和同步卫星的向心加速度之比是,
根据万有引力提供向心力得:
=ma
同步卫星和“神州七号”卫星的向心加速度之比是,
所以赤道上的物体和“神州七号”卫星的向心加速度之比是,
答:(1)同步卫星和“神州七号”卫星的线速度之比是.
(2)赤道上的物体和“神州七号”卫星的角速度之比是.
(3)赤道上的物体和“神州七号”卫星的向心加速度之比是.
假设在一自转不计半径为R的星球表面上,宇航员从高h(远小于R)处将一小球以初速度v0水平抛出,结果测得小球的水平射程恰好也等于h,求:
(1)小球水平抛出到落地所花的时间t;
(2)该星球表面的重力加速度g;
(3)从星球表面发射卫星的第一宇宙速度v1.
正确答案
解:小球做平抛运动:
(1)在水平方向,小球做匀速直线运动,运动时间为:t=;
(2)在竖直方向做自由落体运动,有:h=gt2,
解得:g=;
(3)由牛顿第二定律得:
G=m
,
G=m′g,
解得:v1=v0;
答:(1)小球水平抛出到落地所花的时间为;
(2)该星球表面的重力加速度g为.
(3)从星球表面发射卫星的第一宇宙速度v1为v0.
解析
解:小球做平抛运动:
(1)在水平方向,小球做匀速直线运动,运动时间为:t=;
(2)在竖直方向做自由落体运动,有:h=gt2,
解得:g=;
(3)由牛顿第二定律得:
G=m
,
G=m′g,
解得:v1=v0;
答:(1)小球水平抛出到落地所花的时间为;
(2)该星球表面的重力加速度g为.
(3)从星球表面发射卫星的第一宇宙速度v1为v0.
极地卫星的运行轨道平面通过地球的南北两极(轨道可视为圆轨道).如图所示,若某极地卫星从北纬30°的正上方按图示方向第一次运行至南纬60°正上方,所用时间为t,已知地球半径为R(地球可看做球体),地球表面的重力加速度为g,卫星距地面的高度为R,下列关系正确的是( )
正确答案
解析
解:根据地球表面的重力和万有引力相等
=mg
卫星运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供,
=m
r,r=2R
解得:T=4π,
从北纬30°的正上方按图示方向第一次运行至南纬60°正上方转过的圆心角为θ=,
所以t==π
,
故选:C.
人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,则离地面越远的卫星( )
正确答案
解析
解:设卫星的质量为m、轨道半径为r、地球质量为M,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,则有
G=m
=mrω2=ma=m
r
得:v=,ω=
,a=
,T=2π
离地面越远的卫星,轨道半径越大,由上式可知其速率、角速度和向心加速度越小,周期越大,故ABC错误,D正确.
故选:D.
我国已于2004年启动“嫦娥绕月工程”.已知月球半径是R,月球表面的重力加速度是g.如果绕月飞船关闭发动机后绕月做匀速圆周运动,距离月球表面的高度是h,求绕月飞船速度的大小.
正确答案
解:在月球表面的重力等于万有引力,即:=mg…①
飞船在轨道上时,据万有引力提供向心力:=
…②
由式解得:v=R
答:飞船的速度是R.
解析
解:在月球表面的重力等于万有引力,即:=mg…①
飞船在轨道上时,据万有引力提供向心力:=
…②
由式解得:v=R
答:飞船的速度是R.
一颗人造地球卫星离地面高h=3R(R为地球的半径).若已知地地球表面的重力加速度为g,则卫星所在位置的重力加速度______,卫星做匀速圆周运动角速度是______.
正确答案
解析
解:(1)根据万有引力等于重力得:
在地球表面,=mg
在离地面高h=3R处,=mg′
解得:g′=
(2)根据万有引力提供向心力得:
=mω2•4R
在地球表面,=mg
解得:ω=
故答案为:,
截至2011年12月,统计有2.1万个直径10cm以上的人造物体和太空垃圾绕地球轨道飞行,其中大多数集中在近地轨道.每到太阳活动期,地球大气层的厚度开始增加,使得部分原在太空中的垃圾进入稀薄的大气层,并缓慢逐渐接近地球,此时太空垃圾绕地球依然可以近似看成做匀速圆周运动.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、太空垃圾在缓慢下降过程中,克服高空大气阻力做功,垃圾的机械能减小,故A正确;
B、太空垃圾绕地球做圆周运动,万有引力提供圆周运动向心力知圆周运动半径越小,运行线速度r越大,故B错误;
CD、根据万有引力提供圆周运动向心力知,
和
知,太空垃圾绕地球圆周运动的最大速度为第一宇宙速度7.9km/s,最短周期84min,故CD均错误.
故选:A
近日有关钓鱼岛的争端再起.有官员表示,若日本发射卫星失败落入钓鱼岛区域,中国将根据国际有关协议将其拦截击落.如图所示,假设日本自A点发射运载火箭,在到达B点前已经失去动力,到达B点时的速度大小为vB、加速度大小为aB、重力势能为EPB.某卫星的运行圆轨道与曲线ABC相切于B点,卫星的环绕速度大小为v、向心加速度大小为a、重力势能为EP,不计空气阻力,则( )
正确答案
解析
解:A、运载火箭运动到B点,由于万有引力大于所需要的向心力,做近心运动,若要从B点进入圆轨道,必须加速.所以vB一定小于v.故A正确;
B、曲线ABC经过B点时,a==
,圆轨道经过B点时,加速度a=
.所以它们的加速度相等.故B正确;
C、根据EP=mgh,高度相同,但质量不一定相同,所以重力势能不一定相等.故C错误;
D、根据万有引力提供向心力,轨道半径越大,线速度越小,所以第一宇宙速度是绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度.所以卫星运行轨道的速度小于7.9km/s.故D错误.
故选:AB.
有一人造卫星,在离地面h 的高空绕地球作匀速圆周运动,已知地球的半径为R,地面的重力加速度为g.求:
(1)卫星的运行速度.
(2)卫星运行的周期.
正确答案
解:(1)在地球表面重力和万有引力相等有:=mg可得:GM=gR2,
人造地球卫星的轨道为:r=R+h,
根据万有引力提供圆周运动向心力,对卫星有:
=m
=m
v==
,
(2)卫星运行的周期为:T=2π=2π
,
答:(1)卫星的运行速度大小是.
(2)卫星运行的周期是2π.
解析
解:(1)在地球表面重力和万有引力相等有:=mg可得:GM=gR2,
人造地球卫星的轨道为:r=R+h,
根据万有引力提供圆周运动向心力,对卫星有:
=m
=m
v==
,
(2)卫星运行的周期为:T=2π=2π
,
答:(1)卫星的运行速度大小是.
(2)卫星运行的周期是2π.
冥王星绕太阳的公转轨道是个椭圆,公转周期为T0,其近日点为A,远日点为C,BD为椭圆的短轴,如图所示.忽略其它行星对它的影响,则( )
正确答案
解析
解:A、A点是冥王星的近日点,距太阳距离最小,据万有引力定律可知,其所受万有引力最大,产生加速度最大,故A正确;
B、公转周期为T0,冥王星从A→C的过程中所用的时间是0.5T0,
由于冥王星从A→B→C的过程中,速率逐渐变小,从A→B与从B→C的路程相等,
所以冥王星从A→B所用的时间小于,故B错误;
C、冥王星从A到B再到C的过程中逐步远离太阳,引力对其做负功,根据动能定理可知,冥王星的速度逐渐减小,故C错误;
D、冥王星从B→C→D的过程中,万有引力方向先与速度方向成钝角,过了C点后万有引力方向与速度方向成锐角,所以万有引力对它先做负功后做正功,故D正确.
故选:AD.
卫星发射中心反射等质量的两颗圆轨道卫星,其中一颗卫星的轨道半径为2.8×107m.另一颗的轨道半径为4.2×107m,两卫星相比,前一颗卫星的( )
正确答案
解析
解:万有引力提供卫星圆周运动的向心力有:可知:
A、两颗卫星的质量相同,故轨道半径大的向心力较小,故A错误;
B、向心加速度a=,由于前一颗卫星轨道半径较小,故向心加速度较大,B正确;
C、绕地球运行的速率v=,由于前一颗卫星的轨道半径较小,故运行速率较大,故C正确;
D、周期T=,由于前一颗卫星的轨道半径较小,故其周期较小,故D错误.
故选:BC.
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