- 万有引力与航天
- 共16469题
已知某星球半径为R,表面重力加速度为a,不考虑星球自转的影响.万有引力常量为G,
(1)求该星球的质量M?
(2)若卫星绕星球做匀速圆周运动周期为T,求此卫星距星球表面高度h?
正确答案
解:(1)设星球的质量为M,在星球表面:
解得:
(2)卫星在离地面高度为h处做匀速圆周运动,万有引力提供向心力:
解得:
答:(1)该星球的质量.(2)此卫星距星球表面高度
.
解析
解:(1)设星球的质量为M,在星球表面:
解得:
(2)卫星在离地面高度为h处做匀速圆周运动,万有引力提供向心力:
解得:
答:(1)该星球的质量.(2)此卫星距星球表面高度
.
已知一颗靠近地面运行的人造地球卫星每天约转17圈,今欲发射一颗地球同步卫星,其离地面的高度约为地球半径的______倍.
正确答案
5.6
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有:,
对于地球的卫星有:
所以对于近地卫星和同步卫星有:
解之得:h=≈5.6R
故答案为:5.6
神舟十号飞船与2013年6月上旬搭载三位航天员飞向太空,升空后再次和目标飞行器天宫一号对接.设神舟十号飞船环绕地球做匀速圆周运动时,已知飞船离地高度为h,地球半径为R,地球质量为M,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:由题意可知,飞船圆周运动的轨道半径r=R+h,根据万有引力提供圆周运动向心力有:
=
可得飞船的线速度,故B正确,A错误;
可得飞船的周期T==
,故C、D均错误.
故选:B
有两颗绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星A和B,它们的轨道半径分别为rA和rB,已知rA<rB.设A和B运行的线速度分别为vA、vB,周期分别为TA、TB,则( )
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,则,得:
A、v=,根据rA<rB可知,vA>vB,故AB错误;
C、T=根据rA<rB可知,TA<TB,故C正确,D错误.
故选:C
已知地球质量是月球质量的a倍,地球半径是月球半径的b倍,下列结论正确的是( )
正确答案
解析
解:A、设星球的质量为M,半径为R,物体的质量为m,则在星球表面上,物体所受的重力近似等于星球的万有引力,则有G=mg,则得星球表面的重力加速度 g=
,故地球表面和月球表面的重力加速度之比为
.故A错误.
B、卫星绕星球圆周时,星球对卫星的万有引力等于卫星的向心力,则G=m
,则得绕星球表面运行的卫星速度公式为v=
,则得环绕地球表面和月球表面运行卫星的速度之比为
,故B正确.
C、绕星球表面运行的卫星周期为T==2πR
,则得环绕地球表面和月球表面运行卫星的周期之比为
,故C错误.
D、绕星球表面运行的卫星角速度为ω==
,则得环绕地球表面和月球表面运行卫星的角速度之比为
,故D错误.
故选B
近几年来,人们对火星表现出空前热情,2003年一年之间先后有四颗探测器朝着火星绝尘而去.如图所示,假设地球的质量为M,某探测器的质量为m,地球的半径为R0,地球表面附近的重力加速度g,已知重力势能Ep=-
,其中r为探测器到地球球心的距离.若不考虑地球、火星的自转和一切空气阻力的影响.
(1)试证明:从地面将该探测器发射至半径为r的运行轨道,发射速度v=.
(2)取R0=6.4×106m,地球表面附近的重力加速度g=9.8m/s2,试以上式求出发射速度的最小值和最大值.
(3)假设该探测器在火星上软着陆时第一次弹起的最大高度为h,水平速度为v1,第二次着陆时速度为v2.求火星表面的重力加速度g火.
正确答案
解:(1)设探测器在运行轨道做匀速圆周运动的速度为v运,
地球对探测器的万有引力提供其在运动轨道做匀速圆周运动的向心力,
即:--------①
又----------②
探测器发射时具有的机械能为E1=------③
进入运行轨道后具有的机械能为E2=----④
由能量守恒定律,探测器在地球的引力场中运动时的总机械能不变,即:E1=E2----⑤
①②③④⑤联立解得:v=----------⑥
(2)如果r=R0,即当探测器贴近地球表面做匀速圆周运动时,所需发射速度最小,
为vmin==7.9×103m/s.(此为第一宇宙速度)--------⑦
如果r→∞,即当探测器摆脱地球的吸引时,所需发射速度最大,
为vmax==11.2×103m/s.(此为第二宇宙速度)-------⑧
(3)探测器从高度为h到第二次着陆,由机械能守恒有:------⑨
得出火星表面的重力加速度为:------⑩
答:(1)证明如上.
(2)发射速度的最小值为7.9×103m/s,最大值为11.2×103m/s.
(3)火星表面的重力加速度.
解析
解:(1)设探测器在运行轨道做匀速圆周运动的速度为v运,
地球对探测器的万有引力提供其在运动轨道做匀速圆周运动的向心力,
即:--------①
又----------②
探测器发射时具有的机械能为E1=------③
进入运行轨道后具有的机械能为E2=----④
由能量守恒定律,探测器在地球的引力场中运动时的总机械能不变,即:E1=E2----⑤
①②③④⑤联立解得:v=----------⑥
(2)如果r=R0,即当探测器贴近地球表面做匀速圆周运动时,所需发射速度最小,
为vmin==7.9×103m/s.(此为第一宇宙速度)--------⑦
如果r→∞,即当探测器摆脱地球的吸引时,所需发射速度最大,
为vmax==11.2×103m/s.(此为第二宇宙速度)-------⑧
(3)探测器从高度为h到第二次着陆,由机械能守恒有:------⑨
得出火星表面的重力加速度为:------⑩
答:(1)证明如上.
(2)发射速度的最小值为7.9×103m/s,最大值为11.2×103m/s.
(3)火星表面的重力加速度.
地球“空间站”正在地球赤道平面内的圆周轨道上运动,其离地高度为同步卫星离地高度的十分之一,且运行方向与地球自转方向相同,则关于该“空间站”的说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B根据万有引力提供向心力,得G=m
=m
r,得v=
,T=2πr
则知,轨道半径越小,线速度越大,周期越小,故“空间站”的运行速度大于同步卫星的运行速度.运行周期小于同步卫星的周期,即小于地球自转的周期.故A正确,B错误.
C、由于空间站的周期小于地球自转的周期,运动较快,而且两者同向运动,所以站在地球赤道上的人看到它向东运动,故C正确.
D、由于重力提供向心力,在“空间站”里面的工作人员处于完全失重状态,故D错误.
故选AC
(2015秋•长沙校级月考)假设站在赤道某地的人,日落后4h时,发现一颗从“天边”飞来的卫星正好处于自己头顶的上空,且此卫星即将消失在夜幕之中,若该卫星是在赤道所在平面做匀速圆周运动,其转动方向与地球自转方向相同,又已知地球的同步卫星绕地球运行的轨道半径约为地球半径的6.0倍,据此可知,此人造地球卫星绕地球运行的周期约为( )
正确答案
解析
解:令地球的半径为R,据题意,日落4小时,地球自转的角度α=×2π=
,卫星位置如图所示:
此卫星的轨道半径为r==2R,
同步卫星的周期为T同=24h,半径R同=6R
根据开普勒第三定律对于同步卫星有:=
求得该卫星的周期为4.6h 则B正确
故选:B
(适合于“侧重应用”的考生)据报道,我国将于2011年上半年发射“天宫一号”目标飞行器,2011年下半年发射“神舟八号”飞船,并与“天宫一号”实现对接.某同学得知上述消息后,画出“天宫一号”和“神舟八号”绕地球做匀速圆周运动的假想图如图所示,A代表“天宫一号”,B代表“神舟八号”,虚线为各自的轨道.若“神舟八号”轨道半径为1.5R0,“天宫一号”轨道半径为2R0,则“天宫一号”的运行速率与“神舟八号”的运行速率之比为______.“天宫一号”的运行周期与“神舟八号”的运行周期之比为______.
正确答案
8:.
解析
解:根据得,
,T=
.因为天宫一号与神舟八号的轨道半径之比为4:3,则运行速率之比
.周期之比为8:
.
故答案为:4:3,8:.
两颗人造地球卫星,都绕地球作圆周运动,它们的质量相等,轨道半径之比=
,则它们的运行周期之比T1:T2=______,它们的速度大小之比
=______.
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:
得:,
所以有:
故答案为:,
.
探测器绕月球做匀速圆周运动,变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动,则变轨后与变轨前相比轨道半径______,向心加速度______,线速度______,角速度______.(填“变大”、“变小”或“不变”)
正确答案
变小
变大
变大
变大
解析
解:设探测器的质量为m,轨道半径为r,月球的质量为M,则有:
G=m
=m
=mω2r=ma向
得周期为:T=2π,线速度为:v=
,则角速度为:ω=
,向心加速度a向=
由题,变轨后探测器的周期变小,则知,其轨道半径r减小,则线速度v增大,角速度ω增大,向心加速度增大.
故答案为:变小,变大,变大,变大
如图为宇宙中有一个恒星系的示意图,A为该星系的一颗星,它绕中央恒星O运动轨道近似为圆,天文学家观测得到A行星运动的轨道半径为R0,周期为T0
(1)中央恒星O的质量是多大?
(2)长期观测发现,A行星实际运动的轨道与圆轨道总存在一些偏离,且周期性地每隔t0时间发生一次最大的偏离,天文学家认为形成这种现象的原因可能是A行星外侧还存在着一颗未知的行星B(假设其运行轨道与A在同一平面内,且与A的绕行方向相同),它对A行星的万有引力引起A轨道的偏离.根据上述现象及假设,预测未知行星B绕中央恒星O运行轨道半径有多大?
正确答案
解:(1)设中央恒星质量为M,A行星质量为m,则根据万有引力提供向心力有
G=m
R0
解得:M=
(2)由题意可知:A,B相距最近时,B对A的影响最大,且每隔t0时间相距最近.设B行星周期为TB,则有:
-
=1
解得:
设B行星的质量为m′.运动的轨道半径为RB,则根据万有引力提供向心力有
由以上各式可解得:RB=
答:(1)中央恒星O的质量是.
(2)未知行星B绕中央恒星O运行轨道半径为.
解析
解:(1)设中央恒星质量为M,A行星质量为m,则根据万有引力提供向心力有
G=m
R0
解得:M=
(2)由题意可知:A,B相距最近时,B对A的影响最大,且每隔t0时间相距最近.设B行星周期为TB,则有:
-
=1
解得:
设B行星的质量为m′.运动的轨道半径为RB,则根据万有引力提供向心力有
由以上各式可解得:RB=
答:(1)中央恒星O的质量是.
(2)未知行星B绕中央恒星O运行轨道半径为.
月球的背面(暗面)是什么样?会像电影《变形金刚》里那样有外星人飞船吗?据中国探月工程总设计师吴伟仁透露,嫦娥四号将于2020年登陆人类探测器从未抵达过的月球的暗面.由于潮汐锁定的原因,月球的暗面是不会对着地球的.关于月球,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、月球的暗面总是背对地球,而不是总背着太阳,当月球在地球与太阳之间时,太阳的光可以照射到月球的暗面.故A错误;
B、月球的暗面是不会对着地球是由于月球的自转周期等于月球绕地球的公转周期.故B错误;
C、月球与同步卫星都是地球的引力提供向心力,所以:,则:
,可知月球绕地球的公转周期比地球同步卫星的大,可知月球的线速度比地球同步卫星的小.故C正确;
D、月球与同步卫星都是地球的引力提供加速度,所以:,而
,联立可知,由月球绕地球的公转周期比地球同步卫星的大,月球的加速度比地球同步卫星的小.故D错误.
故选:C
“嫦娥二号”卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨,进入地月转移轨道,于2010年10月ll曰上午11时32分,在北京航天飞行控制中心的精确控制下,嫦娥二号卫星成功实施第三次近月制动,顺利进入轨道高度为l00公里的圆形环月工作轨道.已知“嫦娥二号”绕月运动的周期约为ll8分钟,月球绕地球运动的轨道半径与“嫦娥二号”绕月球运动的轨道半径之比约为220,月球绕地球运动的周期为30天.利用上述数据,可估算出此时地球对“嫦娥二号”的万有引力与月球对“嫦娥二号”的万有引力的比值约为( )
正确答案
解析
解:设地球和月球对“嫦娥二号”卫星的引力分别为F1和F2.已知r月卫=100km=105m,T月卫=118min=7080s,由于月球距离r月地远大于r月卫,
则地球与“嫦娥二号”卫星的距离r月卫≈r地月=220r月卫.
对于月球,有 G=m
,
T月≈30天=30×24×3600s,r月地=220r月卫=220×105m,G=6.67×10-11N•kg2/m2,解得,M≈6×1024kg
对于卫星,有 F1=G,F2=m
,
代入解得,≈2×10-3.
故选C.
三颗人造地球卫星A、B、C在同一平面内沿不同的轨道绕地球做匀速圆周运动,且绕行方向相同,已知RA<RB<RC.若在某一时刻,它们正好运行到同一条直线上,如图所示.那么再经过卫星A的四分之一周期时,卫星A、B、C的位置可能是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动的向心力有G有,轨道半径越大,周期越大,角速度越小,相同的时间内转过的角度越小.
因为:RA<RB<RC.所以有:ωA>ωB>ωC,在A卫星转过的的时间内,三卫星对地球转过的角度θA>θB>θC,所以C正确,ABD错误.
故选C.
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