- 万有引力与航天
- 共16469题
我国先后发射的“风云一号”和“风云二号”气象卫星,运行轨道不同,前者采用“极地圆形轨道”,轨道平面与赤道平面垂直,通过地球两极,每12小时巡视地球一周,每天只能对同一地区进行两次观测;后者采用“地球同步轨道”,轨道平面在赤道平面内,能对同一地区进行连续观测.两种不同轨道的气象卫星在运行时( )
正确答案
解析
解:由题意知风云二号是地球同步卫星,周期为24h,根据万有引力提供圆周运动向心力可知:,可得周期T=
A、风云二号周期长,所以其轨道半径大,故A错误;
根据万有引力提供圆周运动向心力有:
B、a=知半径大的风云二号向心加速度小,故B正确;
C、风云二号的周期大,所以其角速度小,故C错误;
D、v=知半径大的风云二号线速度小,故D正确.
故选:BD.
已知人造地球卫星造近地面运行时的环绕速度约为8km/s,则在离地面的高度等于地球半径处运行的速度为______ km/s.
正确答案
4
解析
解:设地球的半径为R,地球的质量为M,卫星的质量为m.由题知,该卫星的轨道半径为r=2R.
人造卫星做圆周运动,万有引力提供向心力得
=m
v=,
已知人造地球卫星造近地面运行时的环绕速度约为8km/s,即v1==8km/s,
在离地面的高度等于地球半径处运行的速度v==4
km/s.
故答案为:4.
(2016•济宁一模)如图所示,人造卫星P(可看作质点)绕地球做匀速圆周运动.在卫星运行轨道平面内,过卫星P作地球的两条切线,两条切线的夹角为θ,设卫星P绕地球运动的周期为T,线速度为v,万有引力常量为G.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、半径r=(R为地球的半径),可知θ越大,半径越小,又运动周期:T=2
,则半径越小,周期越小;θ越小,半径越大,T越大.则A错误,B正确.
C、D、测得T和θ,由万有引力提供向心力:m=G
得ρ=
,则D正确,C错误
故选:BD
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:根据万有引力提供圆周运动向心力有:有:
A、线速度知,轨道半径小的线速度大,故A错误;
B、周期知,轨道半径小的周期小,故B正确;
C、角速度知,轨道半径小的角速度大,故C错误;
D、根据F=知,轨道半径小的万有引力大,故D正确.
故选:BD.
发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火加速后,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,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,则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、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
解得:
v=
轨道3半径比轨道1半径大,卫星在轨道1上线速度较大,故A错误;
B、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B正确;
C、根据牛顿第二定律和万有引力定律得:a=,所以卫星在轨道2上经过Q点的加速度等于在轨道1上经过Q点的加速度.故C错误.
D、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,卫星在轨道3上经过P点的速率大于在轨道2上经过P点的速率,故D错误.
故选B
2008年9月25日至28日我国成功实施了“神舟”七号载人航天飞行并实现了航天员首次出舱.飞船先沿椭圆轨道飞行,后在远地点343千米处点火加速,由椭圆轨道变成高度为343千米的圆轨道,在此圆轨道上飞船运行周期约为90分钟.下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据开普勒第二定律,飞船在远地点速度小于近地点的速度,即飞船在轨道1上飞行时,经过Q点时的速度大于经过P点时的速度,故A正确;
B、飞船在圆轨道上时,航天员出舱前后,航天员所受地球的万有引力提供航天员做圆周运动的向心力,航天员此时的加速度就是万有引力加速度,即航天员出舱前后均处于完全失重状态,故B正确;
C、因为飞船在圆形轨道上的周期为90分钟小于同步卫星的周期,根据ω=可知角速度与周期成反比,所以飞船在此圆轨道上运动的角度速度大于同步卫星运动的角速度,故C正确;
D、飞船变轨前后通过椭圆轨道远地点时的加速度均为万有引力加速度,据可知,轨道半径一样则加速度一样,故D错误.
故选:ABC.
目前,在地球周围有许多人造地球卫星绕着它转,其中一些卫星的轨道可近似为圆,且轨道半径逐渐变小.若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中,只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用,则下列判断正确的是( )
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,由此可得卫星线速度,卫星轨道半径减小,线速度增加,故卫星动能增加,故A错误;
B、由于卫星高度逐渐降低,所以地球引力对卫星做正功,引力势能减小,故B正确;
C、根据动能定理可知引力与空气阻力对卫星做的总功应为正值,而引力做的功等于引力势能的减少,即卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的变化,故C正确;
D、由于气体阻力做负功,所以卫星与地球组成的系统机械能减少,故D错误.
故选:BC.
已知地球半径为R,地表处的重力加速度为g,则地球的第一宇宙速度表达式为______,地球的第一宇宙速度大小是______km/s.
正确答案
解:根据万有引力提供向心力可对绕地球表面圆周运动的卫星m,
列牛顿第二定律:有=mg,
解得:v==7.9km/s
故答案为:;7.9.
解析
解:根据万有引力提供向心力可对绕地球表面圆周运动的卫星m,
列牛顿第二定律:有=mg,
解得:v==7.9km/s
故答案为:;7.9.
人造地球卫星A和B,它们的质量之比为mA:mB=1:2,它们的轨道半径之比为2:1,则下面的结论中正确的是( )
正确答案
解析
解:人造地球卫星做匀速圆周运动时,由万有引力提供向心力,得
F=G=m
=m
r=mω2r,M是地球的质量,m、r、T、ω分别为卫星质量、轨道半径、周期和角速度.
则得 v=,T=2π
,ω=
由题卫星A和B的质量之比为mA:mB=1:2,轨道半径之比为2:1,则由上式可得,FA:FB=1:8,它们的运行速度大小之比为 vA:vB=1:,它们的运行周期之比为TA:TB=2
:1,它们的运角速度之比为ωA:ωB=1:2
,故ACD错误,B正确.
故选:B.
如图所示,发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步圆轨道3,轨道1和2相切于Q点,轨道2和3相切于P点,设卫星在1轨道和3轨道正常运行的速度和加速度分别为v1、v3和a1、a3,在2轨道经过P点时的速度和加速度为v2和a2,且当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时周期分别为T1、T2、T3,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、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=m
=ma
v=,所以v1>v3,
从轨道2到轨道3,卫星在P点是做逐渐远离圆心的运动,要实现这个运动必须使卫星所需向心力大于万有引力,所以应给卫星加速,增加所需的向心力.所以在轨道3上P点的速度大于轨道2上P点的速度.所以v1>v3>v2,故A正确,B错误;
C、卫星运行时只受万有引力,加速度a=,
所以a1>a2=a3,故C错误;
D、由轨道知,轨道1的半长轴最小,轨道3的半长轴最大,根据开普勒第三定律知=k,
所以T1<T2<T3,故D正确;
故选:AD.
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:万有引力提供圆周运动的向心力所以有:
A、∵ma=mb<mc,ra<rb=rc∴Fa>Fb,Fb<Fc,所以b所需向心力最小,故A正确;
B、⇒
,故b、c周期相等,且大于a的周期,故B错误;
C、⇒
,知b、c的向心加速度相等且小于a的向心加速度故C错误;
D、⇒
,知b、c的线速度大小相等,且小于a的线速度,故D正确.
故选AD
我国首次执行载人航天飞行的“神舟”六号飞船于2005年10月12日在中国酒泉卫星发射中心发射升空,由“长征-2F”运载火箭将飞船送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道上.近地点A距地面高度为h1.实施变轨后,进入预定圆轨道,如图所示.在预定圆轨道上飞行n圈所用时间为t,之后返回.已知引力常量为G,地球表面重力加速度为g,地球半径为R,求:
(1)飞船在预定圆轨道上运动的周期为多大?
(2)预定圆轨道距地面的高度为多大?
(3)飞船在近地点A的加速度为多大?
正确答案
解:(1)飞船做匀速圆周运动,飞行n圈所用时间为t,故周期为:
T= ①
(2)万有引力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
G=m(R+h)(
)2 ②
根据黄金代换式:
GM=gR2 ③
联立①②③解得:
h=
(3)飞船在A所受的万有引力:
F=G
根据黄金代换式:
GM=gR2
则a==
答:(1)飞船在预定圆轨道上运动的周期为;
(2)预定圆轨道距地面的高度为;
(3)飞船在近地点A的加速度为.
解析
解:(1)飞船做匀速圆周运动,飞行n圈所用时间为t,故周期为:
T= ①
(2)万有引力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
G=m(R+h)(
)2 ②
根据黄金代换式:
GM=gR2 ③
联立①②③解得:
h=
(3)飞船在A所受的万有引力:
F=G
根据黄金代换式:
GM=gR2
则a==
答:(1)飞船在预定圆轨道上运动的周期为;
(2)预定圆轨道距地面的高度为;
(3)飞船在近地点A的加速度为.
已知某行星半径为R,万有引力常量为G,以其第一宇宙速度运行的卫星绕行星的周期为T,该行星的同步卫星运行速度为V,求:
①该行星的质量是多少?
②求该行星的自转周期?
正确答案
解:万有引力提供卫星做圆周运动的向心力;①由牛顿第二定律得:
G=m
R,
解得,行星的质量:M=;
②对同步卫星,由牛顿第二定律得:
G=m′
,
解得:r=,
卫星的周期:T′==
;
答:①该行星的质量是;
②求该行星的自转周期是.
解析
解:万有引力提供卫星做圆周运动的向心力;①由牛顿第二定律得:
G=m
R,
解得,行星的质量:M=;
②对同步卫星,由牛顿第二定律得:
G=m′
,
解得:r=,
卫星的周期:T′==
;
答:①该行星的质量是;
②求该行星的自转周期是.
我国“神舟八号”飞船与“天宫一号“成功实现交会对接.如图所示,圆形轨道Ⅰ为“天宫一号”运行轨道,圆形轨道Ⅱ为“神舟八号“运行轨道的一部分,在实现交会对接前,“神舟八号“要进行了多次变轨.则下列说法错误的是( )
正确答案
解析
解:环绕天体围绕中心天体做匀速圆周运动时万有引力提供圆周运动向心力有:G=m
=ma=mr(
)2
A、由上得:线速度v=,故半径大,运行速率小,所以“天宫一号”的运行速率小于“神舟八号”在轨道Ⅱ上的运行速率,故A正确;
B、由上得向心加速度a=,故半径大的向心加速度小,所以“天宫一号“的向心加速度小于“神舟八号”在轨道Ⅱ上的向心加速度,故B正确;
C、神舟八号在轨道II上绕地球做匀速圆周运动,只受万有引力作用,故其满足机械能守恒条件,故C正确.
D、“神舟八号“在轨道Ⅱ上只有加速,做离心运动才能变轨到Ⅰ轨道,故D错误;
本题选错误的,故选:D.
在圆轨道上运动的质量为m的人造地球卫星,它到地面的距离等于地球半径R.地面上的重力加速度为g,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,有
F=F向F=G
F向=m=mω2r=m(
)2r
因而
G=m
=mω2r=m(
)2r=ma
解得
v= ①
T==2π
②
ω= ③
a= ④
地球表面重力加速度为
g= ⑤
根据题意
r=R+h=2R ⑥
由①~⑥式,可以得到
v=
T=2π=
a=
Ek=mv2=
故选CD.
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