- 万有引力与航天
- 共16469题
已知“嫦娥一号”卫星环月工作轨道为圆轨道,轨道距月球表面高度为h,运行周期为T.若还知道月球平均半径R,利用以上条件求:
(1)月球表面的重力加速度g月的大小;
(2)“嫦娥一号”卫星绕月球运行的速度v的大小.
正确答案
解:(1)设月球的质量为M、卫星的质量为m,由牛顿第二定律得:
G=m(R+h)
在月球表面物体m′的重力约等于万有引力:G=m′g月
解得 g月=
(2)由圆周运动公式得,“嫦娥一号”卫星绕月球运行的速度:v=
答:
(1)月球表面的重力加速度g月的大小是;
(2)“嫦娥一号”卫星绕月球运行的速度v的大小是.
解析
解:(1)设月球的质量为M、卫星的质量为m,由牛顿第二定律得:
G=m(R+h)
在月球表面物体m′的重力约等于万有引力:G=m′g月
解得 g月=
(2)由圆周运动公式得,“嫦娥一号”卫星绕月球运行的速度:v=
答:
(1)月球表面的重力加速度g月的大小是;
(2)“嫦娥一号”卫星绕月球运行的速度v的大小是.
我国计划于2015年前后发射“风云四号”同步轨道卫星,它使用三轴稳定控制方式,是中国气象卫星达到国际领先水平的标志.经过一系列变轨程序后,卫星进入如图所示的预定圆轨道.已知卫星在预定圆轨道上飞行的周期为T,地球表面的重力加速度为g,地球半径为R,引力常数为G.由以上数据,求:
(1)地球质量的表达式;
(2)卫星在预定圆轨道上飞行的高度h的表达式.
正确答案
解:(1)设地球质量为M,卫星质量为m
在地面附近重力与万有引力相等,即,得
M=
(2)卫星运行时万有引力提供圆周运动向心力有:
可得卫星距地面的高度h==
答:(1)地球质量的表达式为M=;(2)卫星在预定圆轨道上飞行的高度h的表达式h=
.
解析
解:(1)设地球质量为M,卫星质量为m
在地面附近重力与万有引力相等,即,得
M=
(2)卫星运行时万有引力提供圆周运动向心力有:
可得卫星距地面的高度h==
答:(1)地球质量的表达式为M=;(2)卫星在预定圆轨道上飞行的高度h的表达式h=
.
图中的甲是地球赤道上的一个物体、乙是“神舟”六号宇宙飞船(周期约90分钟)、丙是地球的同步卫星,它们运行的轨道示意图如图所示,它们都绕地心作匀速圆周运动.下列有关说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、根据G=m
=ma=m
,得T=2
,a=
,v=
.
据题知,同步卫星一丙的周期为24h,大于乙的周期,则丙的轨道半径大于乙的轨道半径.
根据线速度、加速度与轨道半径的关系,知a乙>a丙,v乙>v丙.
又因为甲与丙的角速度相等,根据v=rω知,v丙>v甲,根据a=rω2知,a丙>a甲.所以有:a乙>a丙>a甲,v乙>v丙>v甲.故A正确,B错误.
C、因为甲不是卫星,它的周期与贴近星球表面做匀速圆周运动的周期不同,根据甲的周期无法求出地球的密度.故C错误.
D、对于乙,根据G=
,解得地球质量M=
.故D错误.
故选:A.
地球的第一宇宙速度为v,若某行星质量是地球质最的4倍,半径是地球半径的.该行星的第一宇宙速度为( )
正确答案
解析
解:设地球质量M,某星球质量4M,地球半径r,某星球半径0.5r
由万有引力提供向心力做匀速圆周运动得:=m
解得:卫星在圆轨道上运行时的速度公式v=
分别代入地球和某星球的各物理量得:v星球=
解得:v星球=2v,
故选C.
如果人造地球卫星受到地球的引力为其在地球表面时的一半,则人造地球卫星距地面的高度是(地球的半径R)( )
正确答案
解析
解:由万有引力定律得:在地球表面人造地球卫星受到地球的引力F=,
在距地面一定高度处F=
,
解得r=R,则卫星距地面的高度为:h=r-R=(
-1)R;
故选:C.
如图所示,a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星,a、b质量相同,且小于c的质量,则( )
正确答案
解析
解:人造卫星绕地球做匀速圆周运动,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,
=m
r=ma=m
A、F=,因为ra<rb=rc,ma=mb<mc,所以b所需向心力最小,故A错误;
B、T=2π,因为ra<rb=rc,所以Ta<Tb=Tc,故B正确;
C、v=,因为ra<rb=rc,所以va>vb=vc,故C正确;
D、a=,因为ra<rb=rc,所以aa>ab=ac,故D错误;
故选:BC.
我国“北斗”卫星导航定位系统将由5颗静止轨道卫星(同步卫星)和30颗非静止轨道卫星组成,30颗非静止轨道卫星中有27颗是中轨道卫星,中轨道卫星轨道高度约为2.15×104km,静止轨道卫星的高度约为3.60×104km,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:据万有引力提供向心力有:
A、据T=,因为静止轨道卫星轨道半径大于中轨道卫星轨道半径,故A正确;
B、据得,由于中轨道卫星的半径大于地球半径,故中轨道卫星的线速度小于7.9km/s,故B错误;
C、据得,静止轨道卫星的线速度小于中轨道卫星的线速度;
D、据a=,可知静止轨道卫星的向心加速度小于中轨道卫星的向心加速度.
故选A.
人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动.设地球半径为R,地面处的重力加速度为g,则人造地球卫星( )
正确答案
解析
解:在地球表面重力与万有引力相等有:
所以GM=gR2
万有引力提供圆周运动向心力有
A、卫星的线速度=
,因为卫星的轨道r≥R,所以卫星的轨道半径最小为R时速度最大,所以卫星的最大速度为:
,故A正确;
B、卫星的周期,因为卫星的轨道r≥R,所以卫星的最小周期为
,故B正确;
C、距地面为R处的绕行速度,故C正确;
D、距地面为R处的周期,故D错误.
故选:ABC.
天宫一号目标飞行器经过多次变轨后进入预定轨道,若在变轨过程中的某一稳定轨道近似于圆形轨道,且离地高度为348km,则天宫一号在轨道上所需的向心力是由______提供的,其运行周期为______h.(地球质量M=5.98×1024kg,地球半径为6.4×106m,引力常数G=6.67×10-11Nm2kg-2).
正确答案
地球的万有引力
1.53
解析
解:天宫一号在轨道上做圆周运动靠地球的万有引力提供向心力.
有:
解得T==
s≈1.53h.
故答案为:地球的万有引力,1.53
2012年2月25日,我国成功发射了第11颗北斗导航卫星,标志着北斗卫星导航系统建设又迈出了坚实一步.若卫星质量为m、离地球表面的高度为h,地球质量为M、半径为R,G为引力常量,则地球对卫星万有引力的大小为( )
正确答案
解析
解:解:根据万有引力定律表达式得:
F=,其中r为物体到地球中心的距离,即r=R+h,
所以地球对卫星的万有引力大小为
故选:D
由地面发射一颗人造卫星绕地球作匀速圆周运动,轨道半径为r,卫星动能为Ek.如果发射的这颗卫星匀速圆周运动的半径是2r,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星的轨道越高,克服引力做功越多,发动机这就需要消耗更多的燃料,故A正确;
B、万有引力提供圆周运动向心力知卫星的线速度v=知,轨道半径增大,线速度减小,动能减小,故B错误;
C、根据,周期
,轨道半径增加,周期增大,故C错误;
D、卫星在轨道上的加速度由万有引力产生,根据万有引力公式知,距地心距离越大,向心力越小,加速度越小,故D错误.
故选:A.
(2016春•大庆校级月考)如图所示是卫星绕地球运行时变轨前后的两个轨道,A点是圆形轨道Ⅰ与椭圆轨道Ⅱ的重合点,B为轨道Ⅱ上的一点,则关于卫星的运动,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星在轨道Ⅱ上从A向B运动的过程中,地球的万有引力做正功,动能增大,速度增大,则在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度.故A正确
B、卫星要在A点从椭圆轨道Ⅱ进入圆形轨道Ⅰ,火箭必须点火加速,则在轨道Ⅰ上经过A的动能大于在轨道Ⅱ上经过A的动能.故B正确;
C、在轨道Ⅰ上经过A的动能大于在轨道Ⅱ上经过A的动能,所以在轨道Ⅱ上运动的机械能小于在轨道Ⅰ上运动的机械能,故C错误;
D、根据牛顿第二定律得:,所以在轨道Ⅱ上经过A时的加速度等于在轨道Ⅰ上经过A时的加速度,故D错误;
故选:AB.
国防科技工业局在2012年7月30日宣布,“嫦娥三号”将于2013年下半年择机发射.我国已成功发射了“嫦娥二号”探月卫星,该卫星在环月圆轨道绕行n圈所用的时间为t,月球半径为R0,月球表面处重力加速度为g0.
(1)请推导出“嫦娥二号”卫星离月球表面高度的表达式;
(2)地球和月球的半径之比为=
、表面重力加速度之比为
=
,试求地球和月球的密度之比.
正确答案
解:(1)“嫦娥一号”星绕月球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力列出等式,
=m(
)2r ①
在月球表面,根据万有引力等于重力列出等式:═mg0 ②
卫星在环月圆轨道绕行n圈,飞行时间为t,所以T= ③
r=R0+h ④
由①②③④解得:h=-R0
(2)在星球表面,根据万有引力等于重力列出等式=mg ⑤
ρ= ⑥
已知地球和月球的半径之比为=4,表面重力加速度之比
=6,⑦
由⑤⑥⑦解得地球和月球的密度之比=
.
答:(1)卫星在环月圆轨道上运行时离月球表面高度h的表达式为-R0;
(2)地球和月球的密度之比为.
解析
解:(1)“嫦娥一号”星绕月球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力列出等式,
=m(
)2r ①
在月球表面,根据万有引力等于重力列出等式:═mg0 ②
卫星在环月圆轨道绕行n圈,飞行时间为t,所以T= ③
r=R0+h ④
由①②③④解得:h=-R0
(2)在星球表面,根据万有引力等于重力列出等式=mg ⑤
ρ= ⑥
已知地球和月球的半径之比为=4,表面重力加速度之比
=6,⑦
由⑤⑥⑦解得地球和月球的密度之比=
.
答:(1)卫星在环月圆轨道上运行时离月球表面高度h的表达式为-R0;
(2)地球和月球的密度之比为.
按照我国月球探测计划,在第一步“绕月”工程圆满完成任务后,将开展第二步“落月”工程,预计在2013年前完成,假设月球半径为R,月球表面的重力加速度为g0.如图所示,飞船距月球表面高度为3R的圆形轨道I运动,到达轨道的A点,点火变轨进入椭圆轨道II,到达轨道II的近月点B再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动.下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、飞船在轨道Ⅰ上,由万有引力提供向心力:G;在月球表面,万有引力等于重力,则得:
联立解得:v=,故A错误;
B、根据重力提供向心力得:mg0=m,得 T=2π
,故B正确;
C、在圆轨道实施变轨成椭圆轨道远地点是做逐渐靠近圆心的运动,要实现这个运动必须万有引力大于飞船所需的向心力,所以应使飞船减速,减小所需的向心力,故C错误;
D、飞船在轨道Ⅱ上做椭圆运动,根据开普勒第二定律可知:在近月点速度大于远月点速度,所以飞船在A点的线速度小于在B点的线速度,故D正确.
故选:BD.
甲、乙两颗人造卫星绕地球作圆周运动,半径之比为R1:R2=1:4,则它们的运动周期之比和运动速率之比分别为( )
正确答案
解析
解:人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动万有引力提供圆周运动向心力有:有:
周期T=可知,周期与半径三次方的平方根成正比,所以
线速度v=可知,线速度与半径的平方根成反比,所以
所以ABD错误,C正确.
故选:C.
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