- 万有引力与航天
- 共16469题
2011年8月25日23时27分,经过77天的飞行,我国嫦娥二号卫星在世界上首次实现从月球轨道出发,受控准确进入距离地球约150万公里远的拉格朗日L2点的环绕轨道绕太阳运行.在地球和太阳连线所在直线上有三个特殊的点(拉格朗日点),其中第一拉格朗日点(L1)在地球和太阳之间(图中未画出),第二和第三拉格朗日点(L2和L3),它们的位置分布如图所示,虚线圆为地球公转轨道.卫星在L2和L3绕太阳运行的周期与地球绕太阳公转的周期相同,假如它们的运行轨道都是圆轨道,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、向心加速度是矢量,方向始终指向圆心,图中处在L2的卫星与L3的卫星的加速度方向都指向圆心,相反,故A错误;
B、处在L2和L3的两颗卫星周期相同,但是处在L2的卫星的半径比L3的卫星的半径大,根据v=可知,L2的卫星的线速度比L3的卫星的大,故B错误;
C、根据a=,可知,处在L2点的卫星半径比地球的半径大,周期相等,所以向心加速度比地球向心加速度大,故C正确;
D、根据得:v=
,处在L3点的卫星和地球半径相等,所以线速度相等,故D错误.
故选:C
2012年2月,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭,将第十一颗北斗导航卫星成功送入太空预定转移轨道.第十一颗北斗导航卫星是一颗倾斜的地球同步轨道卫星.第十一颗北斗导航卫星进入工作轨道后,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、倾斜的地球同步轨道卫星周期为24小时;根据v=,卫星的轨道半径越大,公转的速度越小,故倾斜的地球同步轨道卫星的运行速度小于第一宇宙速度,故A错误;
B、倾斜的地球同步轨道卫星的周期为24小时,不是近地卫星,故万有引力小于地面时的重力,故向心加速度小于地面上的重力加速度,故B正确;
C、卫星的运行的角速度等于赤道物体的角速度,根据公式v=rω,卫星的运行速度大于静止在赤道上物体自转的线速度,故C正确;
D、倾斜的地球同步轨道卫星的周期为24小时,根据G=m
,离地高度与同步卫星相同,故D错误;
故选:BC.
假设月球半径为R,月球表面的重力加速度为g0.飞船沿距月球表面高度为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Ⅱ轨道上由A点运动到B点的过程中万有引力对飞船做正功,飞船的动能增大,故A正确;
B、由牛顿第二定律得:G=ma,加速度:a=
,G、M、r都相等,飞船在轨道Ⅰ上经过A点的加速度等于在轨道Ⅱ上经过A点加速度,故B错误;
C、飞船从轨道Ⅱ变轨到达轨道Ⅲ时轨道半径减小,飞船要做向心运动,飞船要减速,因此飞船在轨道Ⅲ上经过B点与在轨道Ⅱ上经过B点时的速度小,故C正确;
D、飞船在轨道Ⅰ上做圆周运动,由牛顿第二定律得:G=m
(R+3R),在月球表面的物体:G
=m′g0,解得:T=2π
,故D正确;
故选:ACD.
宇宙飞船在半径为R1的轨道上运行,变轨后的半径为R2,R1>R2.宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动,则变轨后宇宙飞船的( )
正确答案
解析
解:根据得,a=
,v=
,ω=
,T=
,变轨后半径减小,则线速度、角速度、向心加速度变大,周期变小.故D正确,A、B、C错误.
故选D.
两颗卫星在同一轨道平面沿同方向绕地球做匀速圆周运动,地球半径为R,a卫星离地面的高度等于R,b卫星离地面的高度为3R,则:a、b两卫星的周期之比Ta:Tb是多少?
正确答案
解:根据得:
T=
所以a、b两卫星的周期之比Ta:Tb=
答:a、b两卫星的周期之比Ta:Tb是.
解析
解:根据得:
T=
所以a、b两卫星的周期之比Ta:Tb=
答:a、b两卫星的周期之比Ta:Tb是.
如图所示,A、B、C是在地球大气层外,圆形轨道上运行的三颗人造卫星,B、C离地面的高度小于A离地面的高度,A、B的质量相等且大于C的质量,下列说法中不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供圆周运动向心力有可得向心加速度
,所以轨道半径大的向心加速度小,故A错误;
B、根据万有引力提供圆周运动向心力有可得线速度v=
,所以轨道半径大的线速度小,故B正确;
C、根据万有引力提供圆周运动向心力有可得周期T=
,所以轨道半径大的周期大,故C正确;
D、根据万有引力提供圆周运动向心力有知,AB比较B的半径小故向心力大,BC比较半径相同,B的质量大,故B的向心力来得大,故D正确.
本题选择不正确的是,故选:A.
“探月热”方兴未艾,我国研制的月球卫星“嫦娥二号”已发射升空,已知月球质量为M,半径为R.引力常量为G,以下说法可能的是( )
正确答案
解析
解:A、已知月球质量为M,半径为R.引力常量为G,忽略月球自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式:G=mg,得g=
则物体竖直上抛的最大高度为h==
.故A错误.
B、物体落回到抛出点所用时间为t==
,故B正确.
C、D由牛顿第二定律得:G=m
=m
R,则得v=
,T=2πR
,由T的表达式可知,只能求出卫星的最小周期2πR
,不能求出最大周期.故CD错误.
故选B
已知地球和卫星的质量分别为M1和M2,卫星到地心的距离为r,引力常量为G,求卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度大小.
正确答案
解: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:
=M2
v=,
答:卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度大小是.
解析
解: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:
=M2
v=,
答:卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度大小是.
北斗导航系统又被称为“双星定位系统”,具有导航、定位等功能.“北斗”系统中两颗工作卫星均绕地心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).若卫星均按顺时针运行,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、卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
,地球表面的物体受到的重力等于万有引力:G
=m′g,解得:v=
=
,卫星1中质量为m的物体的动能:EK=
mv2=
,故A错误;
B、卫星1向后喷气,卫星1的速度变大,卫星1做圆周运动需要的向心力变大,大于该轨道的万有引力,卫星1做离心运动,轨道半径变大,卫星1不可能追上卫星2,故B错误;
C、卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
r,地球表面的物体受到的重力等于万有引力:G
=m′g,解得:T=2π
,卫星1由位置A运动到位置B所需的时间:t=
T=
,故C错误;
D、卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=ma,地球表面的物体受到的重力等于万有引力:G
=m′g,解得:a=
,故D正确;
故选:D.
2014年3月8日马来西亚航空公司从吉隆坡飞往北京的航班MH370失联,MH370失联后多个国家积极投入搜救行动,在搜救过程中卫星发挥了巨大的作用.其中我国的北斗导航系统和美国的GPS导航系统均参与搜救工作.北斗导航系统包含5颗地球同步卫星,而GPS导航系统由运行周期为12小时的圆轨道卫星群组成,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、7.9km/s是发射卫星的最小速度,发射人造地球卫星时,发射速度大于7.9km/s,小于第二宇宙速度,故A错误;
B、北斗导航系统包含5颗地球同步卫星,而GPS导航系统由运行周期为12小时的圆轨道卫星群组成,
所以卫星向地面上同一物体拍照时GPS卫星拍摄视角大于北斗同步卫星拍摄视角,故B错误;
C、由于卫星的质量关系不清楚,所以无法比较机械能的大小关系,故C错误;
D、GPS由运行周期为12小时的卫星群组成,同步卫星的周期是24小时,
所以北斗导航系统中的同步卫星和GPS导航卫星的周期之比,T1:T2=2:l.
根据万有引力提供向心力得r=,
所以北斗同步卫星的轨道半径与GPS卫星的轨道半径之比是:1,
根据v=得北斗同步卫星的线速度与GPS卫星的线速度之比为
,故D正确;
故选:D.
有一质量为m的卫星环绕某行星做圆轨道运动,已知卫星的轨道半径为r、周期为T,引力常量为G,求:
(1)该行星的质量M;
(2)行星与卫星间的万有引力F;
(3)若行星的半径是卫星轨道半径的,行星表面的重力加速度g是多大?
正确答案
解:(1)由万有引力公式
解得行星的质量
(2)两者间的万有引力
将M的值代入得
(3)设行星的半径为R,则在行星表面
解得
答:(1)该行星的质量M为;
(2)行星与卫星间的万有引力F为;
(3)若行星的半径是卫星轨道半径的,行星表面的重力加速度g是
.
解析
解:(1)由万有引力公式
解得行星的质量
(2)两者间的万有引力
将M的值代入得
(3)设行星的半径为R,则在行星表面
解得
答:(1)该行星的质量M为;
(2)行星与卫星间的万有引力F为;
(3)若行星的半径是卫星轨道半径的,行星表面的重力加速度g是
.
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,引力常量为G,由以上条件可知( )
正确答案
解析
解:A、在地球表面上,重力等于万有引力,则得
=mg,
则得地球的质量为 M=,故A错误;
B、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=,
据ω==
,
由于轨道半径大于R,根据v=ωr得卫星运行的线速度大于,故B错误,C正确;
D、根据万有引力提供向心力
=mω2r
r=()
,所以卫星距地面的高度h=(
)
-R.故D错误;
故选:C.
2011年11月3日晚1时58分,我国实现神舟八号与天宫一号成功对接,从而建立我国第一个空间实验室.假如神舟八号与天宫一号对接前所处的轨道如图甲所示,图乙是它们在轨道上即将对接时的模拟图.当它们处于图甲所示的轨道运行时,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动的向心力有:得:a=
,v=
,T=
,
A、由于a=,因为神舟八号的轨道半径比天宫一号来得小,故加速度来得大,A正确;
B、由于v=,因为神舟八号的轨道半径比天宫一号来得小,故速度来得大,B不正确;
C、由于T=,因为神舟八号的轨道半径比天宫一号来得小,故周期比天宫一号来得小短,C不正确;
D、神舟八号加速后做离心运动可以实现与天宫一号对接.故D对.
故选AD.
发射地球同步通信卫星的基本方法是:先用火箭将卫星送入一近地椭圆轨道a运行,然后开动星载火箭变轨,将其送入与地球自转同步的轨道b,变轨点选在轨道a与轨道b内切的Q点,如图所示.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星受地球的万有引力就是卫星的合力.根据牛顿第二定律得:a=,M为地球质量,r为卫星到地球中心的距离,所以卫星在“同步轨道”与在“转移 轨道”的远地点相比,加速度不变.故A错误;
B、在椭圆轨道远地点实施变轨成圆轨道是做逐渐远离圆心的运动,要实现这个运动必须万有引力小于卫星所需向心力,所以应给卫星加速,增加所需的向心力.即卫星在“同步轨道”与在“转移轨道”的远地点相比速度变大,卫星在“同步轨道”与在“转移轨道”的远地点相比重力势能不变,动能较大,所以机械能较大,故B正确.
C、在椭圆轨道上,卫星在Q点速度最小,卫星在轨道b运行速度大于在轨道a上Q点速度,故C错误;
D、卫星在Q点变轨时星载火箭喷射气体的方向与卫星线速度方向相反,给卫星加速,故D错误;
故选:B.
2008年9月我国成功发射了“神舟七号”载人飞船,为了观察“神舟七号”的运行和宇航员舱外活动情况,飞船利用弹射装置发射一颗“伴星”.伴星经调整后,和“神舟七号”一样绕地球做匀速圆周运动,但比“神舟七号”离地面稍高一些,如图所示,那么( )
正确答案
解析
解:根据万有引力等于向心力得:G=m
=mω2r=ma
得 线速度T=2,v=
,ω=
a=
,则可知卫星的轨道半径越大,周期越大,速度、角速度和向心加速度都越小.
A、由上可知,伴星的运行周期比“神舟七号”稍大,故A正确.
B、由上可知,伴星的运行速度比“神舟七号”稍小,故B错误.
C、由上可知,伴星的运行角速度比“神舟七号”稍小,故C错误.
D、由上可知,伴星的向心加速度比“神舟七号”稍小,故D错误.
故选A
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