- 万有引力与航天
- 共16469题
2011年11月初,我国“神州八号”飞船成功发射并与“天宫一号”目标飞行器顺利对接.若“神州八号”变轨前后均可看做匀速圆周运动,则“神州八号”从低轨道变轨到高轨道与“天宫一号”对接前后,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、神州八号需抬高轨道与天宫一号对接,故需对神舟八号加速使其做离心运动而抬高轨道,故神州八号应该向后喷气加速,故A错误,B正确;
CD、根据万有引力提供圆周运动向心力有r可得,轨道半径越大卫星的线速度越小,周期越大,故C错误,D正确.
故选:BD.
“神舟九号”飞船与“天宫一号”目标飞行器已成功实现了自动交会对接.设地球半径为R,地球表面重力加速度为g,对接成功后,“神舟九号”和“天宫一号”一起绕地球运行的轨道可视为圆周轨道,轨道离地球表面的高度约为R,运行周期为T,则( )
正确答案
解析
解:A、由牛顿第二定律得:G=m
(R+
R),解得,地球的质量:M=
,故A错误;
B、对接成功后,飞船里的宇航员的重力不为零,故B错误;
C、对接成功后,飞船的线速度:v==
,故C正确;
D、对接成功后,根据G=mg,G
=mg′,联立两式解得,飞船的加速度:g′
g,“神舟九号”飞船的加速度小于g.故D错误.
故选:C.
关于绕地球做匀速圆周运动的卫星,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、当r=R时周期最小,根据万有引力等于向心力得
T=2π,
带入数据得:T=5087 (s)>60分钟,故A错误;
B、根据速度公式:v=,当r=R时,速度取最大值,也就是第一宇宙速度,所以卫星运行速度都不会大于第一宇宙速度,故B错误;
C、卫星的运行方向可能与地球自转方向不一致,故C正确;
D、地球卫星围绕地球做匀速圆周运动,圆心是地球的地心,万有引力提供向心力,轨道的中心一定是地球的球心,所以轨道平面不可能与北纬30°平面重合,故D错误;
故选:C.
假设某星体是一个半径为R的均匀球体,已知星体的自转周期为T,在两极地表面自由落体加速度为g;求:
(1)用弹簧秤在星球表面“两极“与“赤道“不同地点测同一物体的重力之比.
(2)设想星体自转角速度加快到某一值时,在赤道上的物体会恰好自动飘起来,则此时角速度为多少?
正确答案
解:(1)在两极:两极处的万有引力等于物体的重力
∵F=mg F1=F
∴F1=mg
在赤道:赤道处的重力等于万有引力与物体绕地球自转所需的向心力之差,
F万-F2=m
F2=mg-m
F1:F2=g:(g-)
(2)星体自转角速度加快到某一值时,在赤道上的物体会恰好自动飘起来,万有引力恰好提供向心力得
F万=
mg=
=mω2R=mg
ω=
答:(1)用弹簧秤在星球表面“两极“与“赤道“不同地点测同一物体的重力之比是g:(g-).
(2)设想星体自转角速度加快到某一值时,在赤道上的物体会恰好自动飘起来,则此时角速度为.
解析
解:(1)在两极:两极处的万有引力等于物体的重力
∵F=mg F1=F
∴F1=mg
在赤道:赤道处的重力等于万有引力与物体绕地球自转所需的向心力之差,
F万-F2=m
F2=mg-m
F1:F2=g:(g-)
(2)星体自转角速度加快到某一值时,在赤道上的物体会恰好自动飘起来,万有引力恰好提供向心力得
F万=
mg=
=mω2R=mg
ω=
答:(1)用弹簧秤在星球表面“两极“与“赤道“不同地点测同一物体的重力之比是g:(g-).
(2)设想星体自转角速度加快到某一值时,在赤道上的物体会恰好自动飘起来,则此时角速度为.
一颗人造卫星的质量为m,离地面的高度为h,卫星做匀速圆周运动,已知地球半径为R,重力加速度为g,求:
(1)卫星受到的向心力的大小;
(2)卫星环绕地球运行的速率.
正确答案
解:(1)根据万有引力定律得:
F=
根据黄金代换式得:GM=gR2
卫星受到的向心力的大小,
(2)卫星做匀速圆周运动需要的向心力由万有引力提供,有:
可得:可得:
答:(1)卫星受到的向心力的大小;(2)卫星环绕地球运行的速率
.
解析
解:(1)根据万有引力定律得:
F=
根据黄金代换式得:GM=gR2
卫星受到的向心力的大小,
(2)卫星做匀速圆周运动需要的向心力由万有引力提供,有:
可得:可得:
答:(1)卫星受到的向心力的大小;(2)卫星环绕地球运行的速率
.
2008年9月我国成功发射了“神州七号”载人飞船.为了观察“神舟七号”的运行和宇航员仓外活动情况,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: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
由题中图象可以得到,伴星的轨道半径大于“神舟七号”飞船的轨道半径,再根据①②③④可以得到,伴星的线速度较小、角速度较小、周期较大、加速度较小;
故选A.
火箭发射卫星在开始阶段是竖直升高的,设火箭以5m/s2的加速度匀加速上升,卫星中一弹簧秤挂一质量为m=9kg的物体,当卫星升到某处时,弹簧秤示数为85N.那么此时卫星距地面多高?若卫星就在这一高度处绕地球运行,它的速度是多大?(已知地球半径R=6 400km,地面处重力加速度g取10m/s2)
正确答案
解:升空到距地h高处,对物体进行受力分析,运用牛顿第二定律列出等式:
T-mg′=ma,
得:g′=-a=
-5=
m/s2;
由于万有引力近似等于物体的重力得:
在地面时有:mg=
在h高处时:mg′=
可得:=
=
解得卫星距地面的高度是:h==3200km
若卫星就在这一高度处绕地球运行,由万有引力提供向心力,则有:
mg′=m
解得:v==
m/s
答:此时卫星距地面高度为3200km,若卫星就在这一高度处绕地球运行,它的速度是m/s.
解析
解:升空到距地h高处,对物体进行受力分析,运用牛顿第二定律列出等式:
T-mg′=ma,
得:g′=-a=
-5=
m/s2;
由于万有引力近似等于物体的重力得:
在地面时有:mg=
在h高处时:mg′=
可得:=
=
解得卫星距地面的高度是:h==3200km
若卫星就在这一高度处绕地球运行,由万有引力提供向心力,则有:
mg′=m
解得:v==
m/s
答:此时卫星距地面高度为3200km,若卫星就在这一高度处绕地球运行,它的速度是m/s.
A、B两颗人造地球卫星的质量比为mA:mB=1:2,轨道半径之比为 RA:RB=4:1,则A、B的周期之比为______.
正确答案
8:1
解析
解:根据开普勒第三定律,得
故答案为:8:1.
如图,若两颗人造卫星a和b均绕地球做匀速圆周运单,且a、b在运动过程中仅受地球万有引力的作用,a、b绕地球运动的线速度大小分别为v1、v2,周期分别为T1、T2,则( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力有:
解得:v=,
a、b到地心O的距离分别为r1、r2,
所以有:…①,
根据开普勒第三定律得:
=
…②
由①②解得:,故A正确.
故选:A
中国首颗火星探测器“萤火一号”同俄罗斯“福布斯-土壤”探测器于北京时间2011年11月9日4时16分在位于哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场搭乘俄运载火箭发射升空.如果“萤火一号”和“福布斯-土壤”两颗探测器能够顺利进入预定轨道(如图所示),人类将首次实现利用处于不同位置的两个航天器来同时对火星电离层和磁场进行研究.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、C设地球的质量为M,探测器的半径为r,质量为m.两个探测器绕地球做匀速圆周运动,都由地球的万有引力提供向心力,则有
G=m
=m
=man
得,线速度v=,周期T=2π
,向心加速度an=
由图看出,“萤火一号”的半径大于“福布斯-土壤”的半径,则由上式有,“萤火一号”的线速度小于“福布斯-土壤”的线速度,“萤火一号”的周期大于“福布斯-土壤”的周期,“萤火一号”的向心加速度小于“福布斯-土壤”的向心加速度.故AC错误,B正确.
D、“萤火一号”通过减速后做向心运动,轨道半径逐渐减小,可与“福布斯-土壤”实现对接.故D正确.
故选BD
我国的“嫦娥二号”卫星已于2010年10月1日18时59分57秒在西昌卫星发射中心发射升空,取得了圆满成功.这次发射与“嫦娥一号”大为不同,它是由火箭直接发射到地月转移轨道后被月球“俘获”而进入较大的绕月椭圆轨道,又经三次点火制动“刹车”后进入近月圆轨道,在距离月球表面100km的近月圆轨道上运行的周期为118分钟,又知道月球表面的重力加速度是地球表面重力加速度的
,万有引力常量为G,地球表面g=10m/s2,仅根据给出的信息,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:卫星在近月圆轨道上绕月运行时,由重力提供向心力,则向心加速度近似等于月球表面的重力加速度,a=,可求得月球的半径,已知T,a=
g,可求得月球的半径;
A、因为不知道嫦娥二号的质量,故无法求得月球对嫦娥二号的引力,故A错误;
B、由v=可得第一宇宙速度.则B正确
C、根据万有引力等于向心力,得:G=m
,得月球的质量:M=
,可求得月球的质量M,并能求出月球的密度.故C正确;
D、在地面的发射速度大于11.2km/s,卫星将要脱离地球束缚,绕太阳运动,故D错误.
故选:BC
某个行星的半径为R,它有一沿着半径为10R的轨道做匀速圆周运动的卫星.已知卫星的运动周期为T,求:
①该行星的质量;
②卫星运动的加速度;
③行星表面的“重力加速度”.
正确答案
解:(1)研究卫星绕行星做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式:
=
得:M==
(2)研究卫星绕行星做匀速圆周运动,根据圆周运动中向心加速度公式,得:
a==
(3)对行星表面可以认为万有引力等于重力,
=mg,
M=
解得:g=
答:①该行星的质量是;
②卫星运动的加速度是;
③行星表面的“重力加速度”是.
解析
解:(1)研究卫星绕行星做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式:
=
得:M==
(2)研究卫星绕行星做匀速圆周运动,根据圆周运动中向心加速度公式,得:
a==
(3)对行星表面可以认为万有引力等于重力,
=mg,
M=
解得:g=
答:①该行星的质量是;
②卫星运动的加速度是;
③行星表面的“重力加速度”是.
近地卫星因受大气阻力作用,轨道半径逐渐减小时,速度将______,环绕周期将______,所受向心力将______.(填变大、变小或不变)
正确答案
变大
变小
变大
解析
解:根据,则v=
,T=
,知轨道半径减小,则线速度变大,周期变小,由于轨道半径减小,则万有引力增大,所以向心力变大.
故答案为:变大 变小 变大
我国正在建设的北斗卫星导航系统,将由5颗地球同步卫星和30颗非同步卫星组成,下列表述中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、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.所以同步卫星一定在赤道正上空,故A正确
B、因为同步卫星要和地球自转同步,即ω相同,根据F=G=mω2r,因为ω一定,所以 r 必须固定,所以同步卫星的高度是一个确定的值,故B错误
C、卫星在轨道上运行时只受重力,所以都处于失重状态,故C正确
D、提高卫星运行速度,卫星将会做离心运动偏离原来的轨道,故D错误
故选AC.
2012年12月27日,我国自行研制的“北斗导航卫星系统”(BDS)正式组网投入商用.2012年9月采用一箭双星的方式发射了该系统中的两颗圆轨道半径均为21332km的“北斗-M5”和“北斗M-6”卫星,其轨道如图所示.关于这两颗卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据得,a=
,轨道半径相等,则向心加速度大小相等,但方向不相同,故加速度不相同.故A错误.
B、根据万有引力提供向心力,,v=
,可知轨道半径越大,线速度越小,第一宇宙速度的轨道半径等于地球的半径,是做匀速圆周运动的最大速度,所以两颗卫星的速度均小于7.9km/s.故B正确.
C、北斗-M6的轨道半径小于同步卫星的轨道半径,则线速度大于同步卫星的速率.故C错误.
D、因为北斗-M6的轨道半径小于同步卫星的轨道半径,根据万有引力提供向心力,得T=
,可知北斗-M6的周期小于同步卫星的周期,即小于地球自转的周期.故D错误.
故选:B.
扫码查看完整答案与解析