- 万有引力与航天
- 共16469题
如图所示,a、b、c是地球大气层外圆轨道上运动的三颗卫星,a和b质量相等且小于c的质量,则( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供圆周运动向心力有:,可知ab质量相同,b的半径大,故向心力b小于a的向心力,ac比较,半径相同,b的质量小,故b的向心力小于c的向心力,故A正确;
B、根据万有引力提供圆周运动向心力有可得周期
,可知半径大的周期大,故BC的周期大于a的周期,故bc周期相同且大于a的周期,故B错误;
C、根据万有引力提供圆周运动向心力有,可得向心加速度
,可知a的半径小,向心加速度大,故C错误;
D、c加速前万有引力等于向心力,,加速时万有引力没变,而所需向心力增加有
,所以卫星将做离心运动,轨道高度将增加,故不能追上同轨道运行的b卫星,故D错误.
故选:A.
2013年6月11日我国的“神舟十号”载人飞船发射成功,两天后“神舟十号”飞船与“天宫一号”目标飞行器顺利对接,王亚平等三位航天员入住“天宫”.已知“天宫一号”绕地球的运动可看作是匀速圆周运动,转一周所用的时间约为90分钟.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力,得:G=m
r=mω2r=m
得 T=2πr,ω=
,v=
A、C、将“天宫一号”与地球同步卫星相比较可知,“天宫一号”的周期小,则由上式得其轨道半径小,角速度和线速度大,所以“天宫一号”离地面的高度比地球同步卫星离地面的高度小,角速度和线速度比地球同步卫星大.故AC错误
B、当王亚平漂浮于“天宫一号”内时,她所受的地球引力不为零,故B错误.
D、静止于赤道上的物体与地球同步卫星的角速度相等,由v=rω,知地球同步卫星的线速度大于静止于赤道上的物体的线速度,而由上分析知“天宫一号”的线速度比地球同步卫星的线速度大,则“天宫一号”的线速度一定比静止于赤道上的物体的线速度大,故D正确.
故选:D
A、如图所示的单摆,摆球a向右摆动到最低点时,恰好与一沿水平方向向左运动的粘性小球b发生碰撞,并粘接在一起,且摆动平面不变.已知碰撞前a球摆动的最高点与最低点的高度差为h,偏角θ较小,摆动的周期为T,a球质量是b球质量的4倍,碰撞前a球在最低点的速度是b球速度的一半.则碰撞后,摆动的周期为______T,摆球的最高点与最低点的高度差为______ h.
B、我国绕月探测工程的研究和工程实施已取得重要进展.设地球、月球的质量分别为m1、m2,半径分别为R1、R2,人造地球卫星的第一宇宙速度为v,对应的环绕周期为T1.则环绕月球表面附近圆轨道飞行的探测器的速度为______,对应的环绕周期为______.
正确答案
1
0.16
v
T1
解析
解:A、单摆的周期与摆球的质量无关,只决定于摆长和当地的重力加速度.所以碰撞后,摆动的周期为1T.
在a球向下摆的过程中,只有重力做功,机械能守恒.
有 Mgh=M
a、b两球碰撞过程时间极短,两球组成的系统动量守恒.
所以有 Mv1-m•2v1=(M+m)v2
碰撞后摆动过程中,机械能守恒,
所以有 (M+m)gh′=(M+m)
整理得h‘=0.16h.
B、卫星绕地球运行和绕月球运行都是由万有引力充当向心力,
根据牛顿第二定律有G=m
=m
R
得:v=,T=2π
所以有:=
,
v2=v
=
T2=T1
故答案为:A、1,0.16
B、v,
T1
我国将上演现代版“嫦娥奔月”,届时“嫦娥号”飞船将进入绕月飞行的圆形轨道a,当飞船运行至A点时启动登月舱进入椭圆轨道b,到B点实现着陆.(椭圆轨道的一个焦点在月球中心,A、B分别为与轨道a和月球表面相切点),已知月球质量为M,半径为R,轨道a半径为r,万有引力常量为G.试求:
①飞船绕月飞行的周期T
②登月舱由轨迹a,进入轨迹b时在A点应启动发动机,向前喷气还是向后喷气?
③由A至B的时间t.
正确答案
解:①由万有引力提供向心力
∴
②登月舱由轨迹a,进入轨迹b时,要减速做近心运动,故要向前喷气,使其速度减小.
③椭圆轨道半长轴:
由开普勒第三定律:
登月舱由A→B的时间:
答:①飞船绕月飞行的周期T为.
②登月舱由轨迹a,进入轨迹b时在A点应启动发动机,向前喷气.
③由A至B的时间t为.
解析
解:①由万有引力提供向心力
∴
②登月舱由轨迹a,进入轨迹b时,要减速做近心运动,故要向前喷气,使其速度减小.
③椭圆轨道半长轴:
由开普勒第三定律:
登月舱由A→B的时间:
答:①飞船绕月飞行的周期T为.
②登月舱由轨迹a,进入轨迹b时在A点应启动发动机,向前喷气.
③由A至B的时间t为.
甲、乙为两颗地球卫星,其中甲为地球同步卫星,乙的运行高度低于甲的运行高度,两卫星轨道均可视为圆轨道.以下判断正确的是( )
正确答案
解析
解:卫星的向心力由万有引力提供有=
,所以有:
A、周期,因为甲的轨道高度大于乙的轨道高度,故甲的周期大于乙的周期,故A正确;
B、加速度a=,因为甲的轨道高度大于乙的轨道高度,故甲的加速度小于乙的加速度,故B错误;
C、因为第一宇宙速度是近地卫星的运行速度可知,乙的轨道大于地球的半径,故乙的速度小于第一宇宙速度,所以C错误;
D、甲是同步卫星,甲的轨道只能在赤道上空,故甲在运行时不能经过北极正上方所以D错误.
故选:A
两颗人造地球卫星A、B的质量之比mA:mB=1:2,轨道半径之比rA:rB=1:3,某一时刻它们的连线通过地心,则此时它们的线速度之比vA:vB=______,向心加速度之比aA:aB=______,向心力之比FA:FB=______.
正确答案
:1
9:1,
9:2
解析
解:1、万有引力提供向心力:
得:
所以:
2、由:
得:
所以:=
3、由:
所以:
故答案为::1,9:1,9:2.
卫星的发射往往不是“一步到位”,而是经过几次变轨才定位在圆周轨道上的.神舟七号飞船发射升空后,先在近地点高度200公里、远地点高度347公里的椭圆轨道上运行5圈,当飞船在远地点时实施变轨进入347公里的圆轨道.飞船变轨过程可简化为如图所示,假设在椭圆轨道2的P点为椭圆轨道2进入圆轨道3的相切点,则( )
正确答案
解析
解:A、在轨道2上经过P点时有:,在轨道3上满足万有引力提供圆周运动向心力
,由此可知在轨道2上需点火加速才可以进入轨道3,故A错误;
B、根据向心加速度的表达式知在轨道2上经过P点的速度小于在轨道3的速度,故向心加速度小于轨道3上经过P点的向心加速度,故B错误;
C、飞船的加速度由万有引力产生,故在P点时,飞船的加速度大小相同,故C错误;
D、由A分析知,在轨道2上经过P点时的机械能小于在轨道3上经过P点时的机械能,由在轨道2上运行时机械能守恒,故飞船在轨道2上运动到Q点的机械能小于在轨道3上经过P点的机械能,故D正确.
故选:D.
假设地球质量不变,而地球半径增大到原来的2倍,那么从地面发射的人造地球卫星第一宇宙速度(环绕速度)大小应为原来的______倍.
正确答案
解:地球的第一宇宙速度是卫星在近地圆轨道上的环绕速度,即轨道半径为地球半径的环绕速度,
则由=m
可得
v=
所以第一宇宙速度是
地球半径增大到原来的2倍,所以第一宇宙速度(环绕速度)大小应为,即为原来的
倍.
故答案为:
解析
解:地球的第一宇宙速度是卫星在近地圆轨道上的环绕速度,即轨道半径为地球半径的环绕速度,
则由=m
可得
v=
所以第一宇宙速度是
地球半径增大到原来的2倍,所以第一宇宙速度(环绕速度)大小应为,即为原来的
倍.
故答案为:
人造卫星在运行中因受高空稀薄空气的阻力作用,绕地球运转的轨道半径会慢慢减小,在半径缓慢变化过程中,卫星的运动还可近似当作匀速圆周运动.当它在较大的轨道半径r1上时运行线速度为v1,周期为T1,后来在较小的轨道半径r2上时运行线速度为v2,周期为T2,则它们的关系是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力列出等式
=
=
解得:v=,由于r1>r2,所以v1<v2,
T=2π,由于r1>r2,所以T1>T2.
故选C.
三颗人造卫星A、B、C在地球的大气层外沿如图所示的轨道做匀速圆周运动,B、C处于同一轨道,已知mA=mB<mC,则三颗卫星( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有可知:
A、线速度,半径大的线速度小,线速度与卫星质量无关,故A正确;
B、周期T=,半径大的周期大,周期与卫星质量无关,故B正确;
C、加速度,半径大的加速度小,加速度与卫星质量无关,故C错误;
D、C卫星运行时万有引力等于圆周运动的向心力,若在轨道上增大C的速度,则所圆周运动所需向心力增加,而提供向心力的万有引力保持不变,故卫星将做离心运动而升高轨道故卫星不能追上同轨道上的B卫星,故D错误.
故选:AB.
2011年11月3日凌晨1时43分,“神舟八号”与“天宫一号”在距地球表面343km的轨道上成功对接,组成空间站,对于在轨正常运行的空间站,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,也是最大的圆周运动的环绕速度.而空间站的轨道半径大于地球轨道半径,故其运行速度要小于第一宇宙速度,故A正确;
B、地球表面的重力加速度g=,空间站的加速度
,所以空间站的加速度小于9.8m/s2
C、同步卫星的轨道高度约为36000 km而空间站的高度仅343km,故该空间站的周期远小于24h,故C错误;
D、宇航员站起来的过程改变了运动状态,故需要用力.完全失重失去的是物体的视重,而不是重力,牛顿定律告诉我们只有力能改变物体的运动状态,故D错误.
故选A.
(2015秋•山西校级期末)2015年8月27日10时31分,我国在太原卫星发射中心用长征四号丙运载火箭,成功将遥感二十七号卫星送入太空.若遥感二十七卫星到地面的距离等于地球的半径R,已知地球表面的重力加速度为g.求遥感二十七号卫星的周期.
正确答案
解:对卫星,根据得:T=
,
因为GM=gR2,
解得:T=.
答:遥感二十七号卫星的周期为.
解析
解:对卫星,根据得:T=
,
因为GM=gR2,
解得:T=.
答:遥感二十七号卫星的周期为.
已知地球半径 R=6.4×106 m,地球表面的附近重力加速度 g=9.8m/s2,试计算在理想情况下,绕地球运行的卫星的最大绕行速率以及绕地球一周最短时间.
正确答案
解:设地球质量为M,卫星的质量为m,对卫星分析,
解得,
分析知当轨道半径r=R时,绕行速度最大,运转周期最短
假设地面有一质量为m‘的物体,则有,故GM=gR2,代入vmax,Tmin得
,
.
答:绕地球运行的卫星最大速率为7.9km/s,最短时间为84.2min.
解析
解:设地球质量为M,卫星的质量为m,对卫星分析,
解得,
分析知当轨道半径r=R时,绕行速度最大,运转周期最短
假设地面有一质量为m‘的物体,则有,故GM=gR2,代入vmax,Tmin得
,
.
答:绕地球运行的卫星最大速率为7.9km/s,最短时间为84.2min.
(2015秋•普陀区月考)有a、b、c、d四颗地球卫星,a还未发射,在赤道表面上随地球一起转动,b是近地轨道卫星,c是地球同步卫星,d是高空探测卫星,它们均做匀速圆周运动,各卫星排列位置如图所示,则( )
正确答案
解析
解:A、同步卫星的周期必须与地球自转周期相同,角速度相同,则知a与c的角速度相同,根据a=ω2r知,c的向心加速度大.
由G=mg,得g=
,卫星的轨道半径越大,向心加速度越小,则同步卫星的向心加速度小于b的向心加速度,而b的向心加速度约为g,故知a的向心加速度小于重力加速度g.故A错误;
B、由G=m
,得v=
,卫星的半径越大,线速度越小,所以b的线速度最大,在相同时间内转过的弧长最长.故B正确;
C、c是地球同步卫星,周期是24h,则c在2h内转过的圆心角是.故C正确;
D、由开普勒第三定律=k知,卫星的半径越大,周期越大,所以d的运动周期大于c的周期24h.故D错误;
故选:BC
如图所示,A为静止于地球赤道上的物体,B为绕地球做椭圆轨道运行的卫星,C为绕地球做圆周运动的卫星,P为B、C两卫星轨道的交点.已知A、B、C绕地心运动的周期相同,相对于地心,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、A、C的周期相同,根据a=r知,C的半径大,则C的加速度大.故A错误.
B、根据v=r()知,C的半径大,则C的运行速度大.故B错误.
C、A、B的周期相同,可能出现在每天的某一时刻卫星B在A的正上方.故C正确.
D、在P点,加速度a=,r相同,则加速度相等.故D错误.
故选C.
扫码查看完整答案与解析