- 万有引力与航天
- 共16469题
地球的半径为R,地面的重力加速度为g,一颗离地面高度为R的人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,则( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力等于重力得,,则GM=gR2.根据万有引力提供向心力得,
=
=ma.
解得a=,ω=
,v=
,T=
.故B、D正确,A、C错误.
故选BD.
2007年10月24日,我国在西昌向月球成功地发射了一颗绕月探测卫星“嫦娥一号”,之后进行了三次近月制动使“嫦娥一号”卫星绕月球在工作轨道上运动(可视为匀速圆周运动).已知“嫦娥一号”卫星的绕月周期为T,月球半径为R,取月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度g的.试求“嫦娥一号”卫星离月球表面的高度h.
正确答案
解:设月球质量为M,“嫦娥一号”卫星质量为m,工作轨道的半径为r.
由万有引力定律和牛顿第二定律,有
月球表面附近
而 r=R+h
解以上各式得
答:“嫦娥一号”卫星离月球表面的高度h为.
解析
解:设月球质量为M,“嫦娥一号”卫星质量为m,工作轨道的半径为r.
由万有引力定律和牛顿第二定律,有
月球表面附近
而 r=R+h
解以上各式得
答:“嫦娥一号”卫星离月球表面的高度h为.
在赤道平面内绕地球做匀速圆周运动的三颗卫星m1、m2、m3,它们的轨道半径分别为r1、r2、r3,且r1>r2>r3,其中m2为同步卫星,若三颗卫星在运动过程中受到的向心力大小相等,则( )
正确答案
解析
解:
A、C、根据万有引力提供向心力可得:=m
,解得:v=
;由于r1>r2>r3,故v1<v2<v3,故m3的速度最大,在相同的时间内,m3通过的路程最大,故A错误,C正确.
B、由于F万=可得,在向心力大小相等的情况下,由于r1>r2>r3,故m1>m2>m3.故B错误.
D、据万有引力提供向心力可得:=m
r,可得卫星运动的周期T=2πr
,显然轨道半径越大,卫星运动的周期越大,故m1的周期大于m2的周期,而卫星2的周期为24小时,故m1的周期大于24小时,故D错误.
故选:C.
关于绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,由地球的万有引力提供向心力,则有
G=m
得v=.式中M是地球的质量,r是卫星的轨道半径,可见卫星的速度与卫星的质量m无关,随着轨道半径的增大而减小,减小而增大.故B正确,ACD错误.
故选B
一颗小行星环绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径是地球绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径的4倍,则小行星运动的周期为( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力得:
,
解得:
T=2π.
小行星环绕太阳做匀速圆周运动的半径是地球公转半径的4倍,可得
所以这颗小行星的运转周期是8年,故D正确.
故选:D
如图所示,P是一颗地球同步卫星,已知球半径为R,地球表面处的重力加速度为g,地球自转周期为T.
(1)设地球同步卫星对地球的张角为2θ,求同步卫星的轨道半径r和sinθ的值.
(2)要使一颗地球同步卫星能覆盖赤道上A,B之间的区域,∠AOB=,则卫星可定位在轨道某段圆弧上,求该段圆弧的长度l(用r和θ表示)
正确答案
解:设地球和同步卫星的质量分别为M、m,则有:
在地球表面有:GM=gR2
由几何关系得:R=rsinθ
故有:r=
sin
(2)如图所示,
故有:l=r•2α=2r()
答:(1)同步卫星的轨道半径为,sin
(2)该段圆弧的长度为2r().
解析
解:设地球和同步卫星的质量分别为M、m,则有:
在地球表面有:GM=gR2
由几何关系得:R=rsinθ
故有:r=
sin
(2)如图所示,
故有:l=r•2α=2r()
答:(1)同步卫星的轨道半径为,sin
(2)该段圆弧的长度为2r().
我国发射的“嫦娥一号”卫星经过多次加速、变轨后,最终成功进入环月工作轨道,如图所示,卫星既可以在离月球比较近的圆轨道a上运动,也可以在离月球比较远的圆轨道b上运动,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力,得:T=
,即轨道半径越大,周期越大,故卫星在a上运行的周期小于在b上运行的周期,故A错误.
B、根据万有引力提供向心力,得:v=
,即轨道半径越大,速度越小,故卫星在a上运行的线速度大于在b上运行的线速度,故B错误.
C、由,加速度
,即轨道半径越大,加速度越小,故卫星在a上运行时的加速度大于在b上运行时的加速度,故C正确.
D、根据万有引力提供向心力,得:
,即轨道半径越大,角速度越小,故卫星在a上运行的角速度大于在b上运行的角速度,故D错误.
故选:C
我国研制的“嫦娥一号”飞船,已经在2007年10月24日18时05分成功发射,设“嫦娥一号”在距离月球表面高h处绕月球做匀速圆周运动,已知月球半径为R,月球表面的重力加速度为g0,则“嫦娥一号”环绕月球运行的周期为( )
正确答案
解析
解:“嫦娥一号”绕月球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力
解得:
在月球表面的物体受的重力等于万有引力
,得GM=R2g0
代入上式得=
故D正确.
故选D.
一艘宇宙飞船飞近某一新发现的行星,并进入靠近该行星表面的圆形轨道绕行数圈后,着陆在该行星上.宇宙飞船上备有以下实验器材:A.停表一只 B.质量为m的物体一个 C.弹簧秤一只 D.天平一台(包括砝码一套)已知宇航员在绕行时及着陆后各做一次测量,根据所测量的数据可以求出该星球的质量M、半径R,(已知引力常量为G).
(1)两次测量的物理量分别是______
(2)两次测量所选用的仪器分别为______(填仪器序号)
(3)用所测物理量表示星球的质量M=______,半径R=______.
正确答案
解:(1)根据重力等于万有引力得
mg=,
根据万有引力等于向心力得=m
R
由以上两式解得R=---①
M=-----②
由牛顿第二定律得 FG=mg------③
因而需要用计时表测量周期T,用天平测量质量,用弹簧秤测量重力;
故选:ABC.
由第一问讨论可知,需要用计时表测量周期T,用天平测量质量,用弹簧秤测量重力;
飞船绕行星表面运行的周期T,质量为m的物体在行星上所受的重力FG .
(3)由①②③三式可解得
R=
M=
故答案为:(1)飞船绕行星表面运行的周期T;质量为m的物体在行星上所受的重力FG
(2)A,B,C
(3);
解析
解:(1)根据重力等于万有引力得
mg=,
根据万有引力等于向心力得=m
R
由以上两式解得R=---①
M=-----②
由牛顿第二定律得 FG=mg------③
因而需要用计时表测量周期T,用天平测量质量,用弹簧秤测量重力;
故选:ABC.
由第一问讨论可知,需要用计时表测量周期T,用天平测量质量,用弹簧秤测量重力;
飞船绕行星表面运行的周期T,质量为m的物体在行星上所受的重力FG .
(3)由①②③三式可解得
R=
M=
故答案为:(1)飞船绕行星表面运行的周期T;质量为m的物体在行星上所受的重力FG
(2)A,B,C
(3);
已知地球质量为M,半径为R,自转周期为T,地球同步卫星质量为m,引力常量为G.有关同步卫星,下列表述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、万有引力提供向心力
F引=F向
=
=
=a向,
v=
a向=
F=
h=-R
故A、C错误
B、由于第一宇宙速度为v1=,故B错误;
D、地表重力加速度为g=,故D正确;
故选D.
2004年,我国和欧盟合作正式启动伽利略卫星导航定位系统计划,这将结束美国全球卫星定位系统(GPS)一统天下的局面.据悉,“伽利略”卫星定位系统将由30颗轨道卫星组成,卫星的轨道高度为2.4×104 km,倾角为56°,分布在3个轨道面上,每个轨道面部署9颗工作卫星和1颗在轨备份卫星,当某颗工作卫星出现故障时可及时顶替工作.若某颗替补卫星处在略低于工作卫星的轨道上,则这颗卫星的周期和速度与工作卫星相比较,以下说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:根据=m
=mr(
)2得:
v=,T=2
,轨道半径越小,线速度越大,周期越小.替补卫星处在略低于工作卫星的轨道上,所有它的线速度较大,周期较小.故C正确,A、B、D错误.
故选C
(2016•宝山区一模)某人造地球卫星在其轨道上绕地球做圆周运动,它受到的向心力大小为F,运行周期为T.如果该卫星的运行轨道半径变为原来的两倍,则它受到的向心力将变为______,运行周期将变为______.
正确答案
F
2T
解析
解:人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,由地球的万有引力提供向心力,则 F=G
则知该卫星的运行轨道半径变为原来的两倍,向心力变为原来的,即为
F.
由G=m
r
得:T=2π
可得周期变为原来的2倍,即为2
T.
故答案为:F,2
T.
发射地球同步卫星要经过三个阶段:先将卫星发射至近地圆轨道1,然后使其沿椭圆轨道2运行,最后将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点,如图所示.当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,有以下说法其中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力,得
,所以卫星在轨道1上经过Q点时的加速度等于它在轨道2上经过Q点时的加速度.故A正确;
B、卫星从轨道1上经过Q点时加速做离心运动才能进入轨道2,故卫星在轨道1上经过Q点时的动能小于它在轨道2上经过Q点时的动能,故B错误;
C、高度越高,势能越大,故卫星在轨道3上的引力势能大于它在轨道1上的引力势能,故C错误;
D、卫星从轨道1到轨道3需要克服引力做较多的功,故在轨道3上机械能较大,故D正确.
故选:AD.
人造地球卫星可在高度不同的圆形轨道上运行,下述判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力,列出等式:
=
解得:v=,其中r为轨道半径,
由于人造地球卫星均在高度不同的轨道上绕地球做匀速圆周运动,所以r≥R地,
所以v≤,故A正确.
B、根据万有引力提供向心力,列出等式:=
得:T=2π
由于人造地球卫星均在高度不同的轨道上绕地球做匀速圆周运动,所以r≥R地,
所以T≥,故B错误.
C、人造地球卫星受地球万有引力提供向心力,由于万有引力指向地心,所以人造地球卫星的圆心必定与地心重合,故C正确.
D、它若在除赤道所在平面外的任意点,假设实现了“同步”,那它的运动轨道所在平面与受到地球的引力就不在一个平面上,这是不可能的.所以地球同步卫星可相对地面静止,只有在赤道的正上空.故D错误.
故选AC.
气象卫星是用来拍摄云层照片、观测气象资料和测量气象数据的.我国先后自行成功研制和发射了“风云”一号和“风云”二号两颗气象卫星.“风云”一号卫星轨道与赤道平面垂直并且通过两极,每12h巡视地球一周,称为“极地圆轨道”.“风云二号”气象卫星轨道平面在赤道平面内称为“地球同步轨道”,则“风云一号”卫星比“风云二号”卫星( )
正确答案
解析
解:
A、向更高轨道发射卫星需要克服重力做更多的功,故高轨道卫星比低轨道的卫星需要更大的发射速度,故A错误.
B、由得
,即轨道半径越大,线速度越小,所以B正确;
C、由卫星所受万有引力提供向心力可得轨道半径越大,运转周期越大.风云一号周期T1=12h,风云二号周期T2=24h,∵T1<T2∴R1<R2
故C错误;
D、由万有引力提供向心加速度可得:,即
,即轨道半径越大,向心加速度越小,所以D错误.
故选B.
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