- 万有引力与航天
- 共16469题
第一宇宙速度是用r=R地计算出来的实际上绕地球作匀速圆周运动的人造地球卫星轨道半径都是r>R地,那么轨道上的人造地球卫星的线速度都是( )
正确答案
解析
解:由F=F向
F=G
F向=m
解得v=
其中r=R+h,当h很小时,r近似等于R.此时r最小,线速度最大,即为第一宇宙速度,也就是最大环绕速度,故答案为C项.
故选C.
(2015秋•高密市校级月考)发射地球同步卫星时,先将卫星发射至距地面高度为h1的近地轨道上,在卫星经过A点时点火,实施变轨,进入远地点为B的椭圆轨道上,最后在B点再次点火,将卫星送入同步轨道,如图所示.已知同步卫星的运动周期为T,地球的半径为R,地球表面重力加速度为g,则( )
正确答案
解析
解:A、根据开普勒第三定律知,,同步轨道的半径最大,则周期最大,故A错误.
B、卫星在椭圆轨道上由A到B的过程中,万有引力做负功,则速率逐渐减小,故B正确.
C、根据万有引力等于重力得,GM=gR2,则卫星在近地点A的加速度a=,故C正确.
D、根据得,同步卫星的轨道半径r=
,则远地点B距地表距离为
-R,故D错误.
故选:BC.
2011年11月3日1时43分,中国自行研制的神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器在距地球343公里的轨道实现自动对接,为建设空间站迈出关键一步.若神舟八号飞船与天宫一号的质量相同,环绕地球运行均可视为匀速圆周运动,运行轨道如图所示,则( )
正确答案
解析
解:据万有引力提供圆周运动向心力有:
A、向心加速度,轨道半径大的向心加速度小,故A正确;
B、周期T=,轨道半径大的周期大,故B错误;
C、角速度,轨道半径大的角速度小,故C正确;
D、神舟八号要与天宫一号对接神舟八号轨道半径变大,故需做离心运动,故对接前神舟八号需要点火加速使其做离心运动,故D正确.
故选:ACD.
某物体在地面上时受到的重力大小为G0,将它放到卫星中,在卫星以大小为a=的加速度随火箭向上做匀加速升空的过程中,当支持该物体的支持物对其弹力大小为N时,卫星所在处的重力加速度g′的大小为______,卫星距地球表面的高度为______已知地球半径为R,地面重力加速度为g.
正确答案
解析
解:1、根据牛顿第二定律N-mg′=ma
所以=
又因为物体在地面上时受到的重力大小为G0,所以物体的质量为
所以=
2、根据重力等于万有引力得
在地球表面加速度为g时:
在升空到加速度为g′时:
上下两式相比得:=
所以h=
故答案为:,
土星的卫星很多,现已发现达数十颗,如表是有关土卫五和土卫六两颗卫星的一些参数(不考虑土卫五和土卫六自转的影响),则两颗卫星相比较,下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、D、根据万有引力提供向心力
=m
=m
得v=,T=2π
,土卫六的轨道半径大于土卫五的轨道半径,则土卫六的周期大,线速度小,故A正确,D错误;
B、万有引力:F=∝
对土卫5,有:≈9×103
对土卫6,有:≈9×104
故对土卫6的万有引力大,故B错误;
C、在卫星表面,万有引力等于重力,有:
mg=
解得:g=∝
对土卫5,有:≈4.3×109
对土卫6,有:≈2.0×1010
故土卫5表面的重力加速度大,故C错误;
故选:A.
两颗行星绕太阳运行的轨道可以当做半径为R1和R2的圆.假定它们只受到太阳的引力作用,它们的运行周期之比T1:T2=______,它们的向心加速度之比a1:a2=______.
正确答案
R22:R12
解析
解:万有引力提供圆周运动向心力有:
可得向心加速度为:a=,可得:
可得行星的周期为:T=,可得:
故答案为:,R22:R12
某人造地球卫星沿圆轨道运动,轨道半径是6.8×103km 周期是5.6×103s,试从这些数据估算地球的质量.
(只要求列好式子,把数据代入得数为6.0×1024kg)
正确答案
解:卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供,即:
所以有地球质量:M==
≈6.0×1024kg
答:估算到地球的质量为:6.0×1024kg
解析
解:卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供,即:
所以有地球质量:M==
≈6.0×1024kg
答:估算到地球的质量为:6.0×1024kg
已知地球半径R,地面附近重力加速度g,在距离地面高为h的圆形轨道上的卫星做匀速率圆周运动的线速度v和周期T.(用R、g、h来表示)
正确答案
解:在地面附近有:…①
在离地面h高处轨道上有:…②
由 ①②联立得:v=
根据万有引力提供向心力:…③
由①③得:
答:卫星做匀速率圆周运动的线速度为,周期为
.
解析
解:在地面附近有:…①
在离地面h高处轨道上有:…②
由 ①②联立得:v=
根据万有引力提供向心力:…③
由①③得:
答:卫星做匀速率圆周运动的线速度为,周期为
.
2008年9 月5 日,我国成功发射“神舟”七号宇宙飞船,宇航员出舱完成太空漫步,设此时飞船绕地球作匀速圆周运动的运行速度为v,已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g.求:
(1)飞船离地面的高度h
(2)飞船运行的周期T.
正确答案
解:(1)根据万有引力提供向心力得
根据万有引力等于重力得,
联立两式解得
(2)飞船的周期为
解得:.
答:(1)飞船离地面的高度.
(2)飞船运行的周期.
解析
解:(1)根据万有引力提供向心力得
根据万有引力等于重力得,
联立两式解得
(2)飞船的周期为
解得:.
答:(1)飞船离地面的高度.
(2)飞船运行的周期.
设地球的质最为M,半径为R,自转角速度为ω,万有引力常量为G,同步卫星离地心高度为r,地表重力加速度为g,则同步卫星的速度v:①v=ωr;②v=;③v=
;④v=R
.其中正确的是( )
正确答案
解析
解:因为同步卫星的角速度与地球自转的角速度相等,则同步卫星的线速度v=ωr.故①正确.
根据万有引力提供向心力,有:,解得v=
.故②正确.
因为v=,则
,
,所以v=
.故③正确.
因为GM=gR2,所以v=.故④正确.故D正确,A、B、C错误.
故选D.
我国于2011年11月份成功发射了神舟八号宇宙飞船,实现了与宇宙试验空间站--天宫一号的对接,并顺利返回地面,成为继美俄之后世界第三个掌握此类技术的国家.据报道,飞船发射后最初进入近地点约200公里、远地点约330公里的初始椭圆轨道,经过变轨后,将转移到高度为330公里的圆轨道,为与天宫一号的对接做好准备.假设飞船椭圆轨道远地点距地心的距离用a表示,近地点距地心的距离用b表示,地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,忽略地球自转对重力加速度的影响,则下到论述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、飞船从远地点向近地点运动地球引力对飞船做正功,飞船动能增加,故近地点速度大,所以A错误;
B、根据,可得飞船的加速度
,故的加速度来得大,所以B正确;
C、在地球表面有可得GM=gR2,在圆轨道上有
,所以周期T=
,故C正确;
D、在椭圆轨道上经过远地点后要做近心运动,故万有引力大于在圆周运动所需的向心力,而在圆轨道上运动万有引力等于圆周运动向心力,远地点的圆轨道离地心距离相同,故在椭圆轨道上运动的速度小于圆周轨道上运动的速度,故D错误.
故选:BC.
如图所示,一飞行器围绕地球沿半径为r的圆轨道1运动.经P点时,启动推进器短时间向前喷气使其变轨,2、3是与轨道1相切于P点的可能轨道.则飞行器( )
正确答案
解析
解:由于在P点推进器向前喷气,故飞行器将做减速运动,受到v减小,飞行器做圆周运动需要的向心力:m减小,小于在P点受到的万有引力:G
,则飞行器将开始做近心运动,轨道半径r减小.
A、因为飞行器做近心运动,轨道半径减小,故将沿轨道3运动,故A正确;
B、根据开普勒行星运动定律知,卫星轨道半径减小,则周期减小,故B错误;
C、因为变轨过程是飞行器向前喷气过程,故是减速过程,所以变轨前后经过P点的速度大小不相等,故C错误;
D、飞行器在轨道P点都是由万有引力产生加速度,因为在同一点P,万有引力产生的加速度大小相等,故D正确.
故选:AD.
地球质量为M,半径为R,自转角速度为ω,万有引力恒量为G,如果规定物体在离地球无穷远处势能为0,则质量为m的物体离地心距离为r时,具有的万有引力势能可表示为.国际空间站是迄今世界上最大的航天工程,它是在地球大气层上空绕地球飞行的一个巨大人造天体,可供宇航员在其上居住和科学实验.设空间站离地面高度为h,如果在该空间站上直接发射一颗质量为m的小卫星,使其能到达地球同步卫星轨道并能在轨道上正常运行,求该卫星在离开空间站时必须具有多大的初动能?
正确答案
解:由得,卫星在空间站上动能为
卫星在空间站上的引力势能为
机械能为
同步卫星在轨道上正常运行时有
故其轨道半径
由上式可得同步卫星的机械能
卫星运动过程中机械能守恒,故离开航天飞机的卫星的机械能应为E2,
设离开航天飞机时卫星的初动能为Ek0
则Ek0=.
答:该卫星在离开空间站时必须具有初动能为.
解析
解:由得,卫星在空间站上动能为
卫星在空间站上的引力势能为
机械能为
同步卫星在轨道上正常运行时有
故其轨道半径
由上式可得同步卫星的机械能
卫星运动过程中机械能守恒,故离开航天飞机的卫星的机械能应为E2,
设离开航天飞机时卫星的初动能为Ek0
则Ek0=.
答:该卫星在离开空间站时必须具有初动能为.
中国月球探测工程形象标志,以中国书法的笔触,抽象地勾勒出一轮明月,一双脚印踏在其上,象征着月球探测的终极梦想.假想人类不断在月球上开采矿石向地球运送,经过较长时间后,月球和地球仍可视为均匀球体,月球仍按原轨道运行,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、设月球质量为m,地球质量为M,月球与地球之间的距离为r,根据万有引力定律得:
地球与月球间的万有引力F=,
假想人类不断在月球上开采矿石向地球运送,经过较长时间后,所以m减小,M增大.
由数学知识可知,当m与M相接近时,它们之间的万有引力较大,当它们的质量之差逐渐增大时,m与M的乘积将减小,它们之间的万有引力值将减小,故A正确.
B、假想人类不断在月球上开采矿石向地球运送,经过较长时间后,月球和地球仍可视为均匀球体,
根据万有引力提供向心力得:=m
r=ma
T=2π,a=
,
假想人类不断在月球上开采矿石向地球运送,经过较长时间后,所以m减小,M增大.
所以月球绕地球运动的周期将减小,月球绕地球运动的向心加速度将增大.故B、C错误.
D、在月球表面根据万有引力等于重力得:=m′g
g=
假想人类不断在月球上开采矿石向地球运送,经过较长时间后,所以m减小,所以月球表面的重力加速度将减小,故D错误.
故选:A.
某人造卫星运动的轨道可近似看作是以地心为中心的圆.若该卫星到地心的距离从r1慢慢减小到r2,用υ1、υ2;EK1、EK2;T1、T2;a1、a2分别表示卫星在这两个轨道上的速度、动能、周期和向心加速度,则( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力有:=m
r=ma=m
v=
T=2π
a=
该卫星到地心的距离从r1慢慢减小到r2,
AB、该卫星到地心的距离从r1慢慢减小到r2,
v1<v2,EKl<EK2,故A错误,B正确
C、该卫星到地心的距离从r1慢慢减小到r2,
T1>T2,故C错误;
D、该卫星到地心的距离从r1慢慢减小到r2,
a1<a2,故D错误;
故选:B
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