- 万有引力与航天
- 共16469题
我国“嫦娥一号”探月卫星发射后,先在“24小时轨道”上绕地球运行(即绕地球一圈需要24小时);然后,经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”:最后奔向月球.如果按圆形轨道计算,并忽略卫星质量的变化,则在每次变轨完成后与变轨前相比( )
正确答案
解析
解:由万有引力提供向心力有:=m
r,
得周期与轨道半径的关系为T=2π,由题意可得:变轨后卫星的周期变大,由上式得知,卫星的轨道半径变大.
根据万有引力提供向心力有:=m
,
得v=,随着r增大,线速度减小,卫星动能减小,
卫星的速度减小,动能减小,轨道半径增大,引力做负功,则引力势能增大.故ABD错误,C正确;
故选:C.
一颗在赤道上空飞行的人造地球卫星的轨道离地面的高度为2R(R为地球半径),已知地球表面重力加速度为g,则该卫星的运行周期是多大?若卫星的运动方向与地球自转方向相同,地球自转角速度为ω0,某一时刻该卫星通过赤道上某建筑物的正上方,则至少经过多长时间它再次通过该建筑物的正上方?
正确答案
解:(1)对卫星运用万有引力定律和牛顿运动定律可得:
G=m
(R+2R),
在地球表面的物体:G=m′g,
联立解得:T=6π;
(2)以地面为参照物,卫星再次出现在建筑物上方时,建筑物随地球转过的弧度比卫星转过弧度少2π.
即ω1△t-ω0△t=2π,解得:△t=;
答:该卫星的运行周期是6π;至少经过多长
再次通过该建筑物的正上方.
解析
解:(1)对卫星运用万有引力定律和牛顿运动定律可得:
G=m
(R+2R),
在地球表面的物体:G=m′g,
联立解得:T=6π;
(2)以地面为参照物,卫星再次出现在建筑物上方时,建筑物随地球转过的弧度比卫星转过弧度少2π.
即ω1△t-ω0△t=2π,解得:△t=;
答:该卫星的运行周期是6π;至少经过多长
再次通过该建筑物的正上方.
某行星绕太阳运动可近似看作匀速圆周运动,已知行星运动的轨道半径为r,周期为T,万有引力恒量为G,则该行星的线速度大小为______;太阳的质量为______.
正确答案
解析
解:根据圆周运动知识得:
v=
研究行星绕太阳运动作匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式:
解得:
解得:M=
故答案为:;
发射地球同步卫星要经过三个阶段:先将卫星发射至近地圆轨道1,然后使其沿椭圆轨道2运行,最后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,如图所示.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、根据牛顿第二定律和万有引力定律得:a=,
所以卫星在轨道1上经过Q点时的加速度等于它在轨道2上经过Q点时的加速度,故A正确;
B、由题意可知,卫星在轨道1上做匀速圆周运动,而在在轨道2上做椭圆运动,则在同一位置Q点,在2轨道上要做离心运动,则在轨道1上的经过Q点时的速度小于它在轨道2上经过Q点时的速度,故B错误;
C、由人造卫星的万有引力等于向心力=m
,
得v=,
所以卫星在轨道3上的速度小于它在轨道1上的速度,故C错误;
D、由开普勒第三定律=k得卫星在轨道3上的周期大于它在轨道1上的周期,故D错误;
故选:A.
已知地球半径为R,质量为M,自转角速度为ω,地球表面重力加速度为g,万有引力常量为G,地球同步卫星与地心间的距离为r,则( )
正确答案
解析
解:A、地面赤道上物体和地球具有相同的自转角速度为ω.所以地面赤道上物体随地球自转运动的线速度为 v=ωR,故A正确
B、根据mg=G,知g=
,可知地球同步卫星轨道处的重力加速度小于地球表面的重力加速度g,设为g′.由g′=
得:v=
<
,故B错误.
CD、近地卫星是在地球表面运行的人造卫星,轨道半径近似等于地球半径,根据万有引力提供向心力得:
G=m
,则得地球近地卫星做匀速圆周运动的线速度 v=
其角速度为ω近==
>
=ω
所以地球近地卫星做匀速圆周运动的线速度 v=ω近R>ωR,故C错误,D正确.
故选:AD
“空间站”是科学家进行天文探测和科学试验的特殊而又重要的场所.假设“空间站”正在地球赤道平面内的圆周轨道上运行,其离地球表面的高度为同步卫星离地球表面高度的十分之一,且运行方向与地球自转方向一致.下列说法正确的有( )
正确答案
解析
解:A、空间站运行时万有引力完全提供圆周运动向心力,而在空间站处重力和万有引力相等,故可知,此时空间的加速度即为其位置处的重力加速度,故A正确;
B、根据可得v=
可知,线速度与轨道高度的平方根成反比,而空间站距地面高度不是空间站的轨道半径,所以空间站与同步卫星距地面高度的关系与半径关系不等同,故B错误;
C、据得
可知空间站的角速度比同步卫星的角速度(即地球自转角速度)大,故空间站的角速度比地球自转快,故站在地球赤道上的人观察到空间站向东运动,故C正确;
D、空间站绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,物体处于完全失重状态,而在舱中相对于舱悬浮或静止,故D错误.
故选:AC.
今年我国反射了“嫦娥1号”绕月飞船.“嫦娥1号”飞船发射后先绕地球运转,经多次变轨后进入月球轨道成为绕月卫星.若已知飞船质量为m,绕月作匀速圆周运动的轨道半径为R1,周期为T,月球半径为R2,万有引力常量为G,试求:
(1)飞船做圆周运动的向心力;
(2)月球的质量;
(3)若月球表面以初速度V0竖直上抛一小石块,那么石块上升的最大的高度是多少?
正确答案
解:
(1)根据圆周运动的公式,则有:
(2)月球对飞船的万有引力提供向心力,使其做匀速圆周运动,
根据牛顿第二定律,
则有:,
所以月球的质量为:
(3)对于月球表面的物体m′,其重力等于月球对它的万有引力,
则有:
解得:
由竖直上抛运动公式,
则有:,
所以
答:(1)飞船做圆周运动的向心力有:;
(2)月球的质量为:;
(3)若月球表面以初速度V0竖直上抛一小石块,那么石块上升的最大的高度是.
解析
解:
(1)根据圆周运动的公式,则有:
(2)月球对飞船的万有引力提供向心力,使其做匀速圆周运动,
根据牛顿第二定律,
则有:,
所以月球的质量为:
(3)对于月球表面的物体m′,其重力等于月球对它的万有引力,
则有:
解得:
由竖直上抛运动公式,
则有:,
所以
答:(1)飞船做圆周运动的向心力有:;
(2)月球的质量为:;
(3)若月球表面以初速度V0竖直上抛一小石块,那么石块上升的最大的高度是.
已知地球半径为R,地面附近的重力加速度为g,一颗卫星绕地球做匀速圆周运动,且卫星离地面的高度也为R,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:设卫星的质量为m,地球的质量为M,根据万有引力等于向心力,得
G=m
=mω2•2R=ma=m
•2R
在地球表面上,有 mg=G
联立解得 卫星的线速度大小 v=,卫星的角速度大小ω=
,卫星的向心加速度大小 a=
g,周期为 T=4π
故选:C.
2012年6月18日,“神舟九号”飞船与“天宫一号”目标飞行器成功实现自动交会对接.设地球半径为R,地面重力加速度为g.对接成功后“神州九号”和“天宫一号”一起绕地球运行的轨道可视为圆轨道,轨道离地面高度约为,运行周期为T,则( )
正确答案
解析
解:A、对接成功后,“神舟九号”飞船里的宇航员受到的重力不为零,靠重力提供向心力.故A错误.
B、根据,GM=gR2,r=
,联立解得a=
.故B错误.
C、飞船的线速度v=.故C正确.
D、根据得,M=
.故D正确.
故选CD.
甲、乙两颗人造地球卫星,其线速度大小之比为:1,则这两颗卫星的转动半径之比为______,转动周期之比为______.
正确答案
1:2
1:2
解析
解:根据万有引力提供卫星圆周运动的向心力有:
因为,据
⇒
因为周期T=⇒
=
故答案为:1:2,
2008年9月25日至28日我国成功实施了“神舟”七号载入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、因为飞船在远地点P点火加速,外力对飞船做功,故飞船做加速运动,故A错误;
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,所以飞船的周期小角速度大于同步卫星的角速度,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:BC.
“天宫一号”被长征二号火箭发射后,准确进入预定轨道,如图所示,“天宫一号”在轨道1上运行4周后,在Q点开启发动机短时间加速,关闭发动机后,“天宫一号”沿椭圆轨道2运行到达P点,开启发动机再次加速,进入轨道3绕地球做圆周运动,“天宫一号”在图示轨道1、2、3上正常运行时,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、研究卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,=
v=
可知v3<v1,即“天宫一号”在轨道3上的速率小于在轨道1上的速率,故A正确;
B、据ω=,可知ω3<ω1,即“天宫一号”在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度,故B错误
C、根据万有引力提供向心力,即=ma,
a=
加速度与万有引力大小有关,r相同,则a大小相同,与轨道无关,故C正确,D错误;
故选:AC
2012年初,我国宣布北斗导航系统正式商业运行.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”系统中两颗工作星均绕地心O做匀速圆周运动,轨道半径均为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( )
正确答案
解析
解:A、根据=ma得,对卫星有
=ma,可得a=
,取地面一物体由
=mg,联立解得a=
,可见A正确.
B、根据=mr
得,T=
①,又GM=g
②,t=
③,联立①②③可解得t=
,故B正确.
C、若卫星1向后喷气,则其速度会增大,卫星1将做离心运动,所以卫星1不可能追上卫星2.
D、卫星1由位置A运动到位置B的过程中,由于万有引力始终与速度垂直,故万有引力不做功,D错误.
故选AB.
在一本科幻小说里描述了这样的场景:主人公开着一辆小轿车,不断加速运动,最后离开地球表面成为绕地球运动的一颗“卫星”(如图).若地球的半径约为6400km,则小轿车离开地面成为“卫星”时的运动是______运动,速度约为______m/s.(g取10m/s2)
正确答案
匀速圆周运动
8×103
解析
解:小轿车离开地面成为“卫星”时的运动,则运动是匀速圆周运动;
根据万有引力提供向心力,设轿车的质量为m、轨道半径为r、地球质量为M,有F=F向
则:
解得v=
又地球表面重力加速度为g=知:
=
=8×103m/s.
故答案为:匀速圆周,8×103.
(2015秋•山西期末)“北斗”卫星导航定位系统将由5颗静止轨道卫星(同步卫星)和30颗非静止轨道卫星组成,30颗非静止轨道卫星中有27颗是中轨道卫星,中轨道卫星的高度约21500km,同步卫星的高度约为36000km.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由万有引力提供向心力,得T=,可知半径大的周期大,则A错误,
B、发射速度越大,运行轨道半径越大,则B正确
C、万有引力产生加速度,得a=,则半径大的加速度小,则C错误
D、由随地球自转物体与同步卫星的角速度相同,由a=rω2,则半径大的向心加速度大,则D错误
故选:B
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