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题型:简答题
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简答题

“嫦娥奔月”的过程可以简化为:质量为m的“嫦娥一号”升空后,绕地球沿椭圆轨道运动,然后经过变轨被月球捕获,再经多次变轨,最终绕月球做半径为r的匀速圆周运动.

(1)已知地球半径为R,表面的重力加速度为g,求“嫦娥一号”在距离地面h时受到地球的引力大小.

(2)已知月球的质量为M,引力常量为G,求“嫦娥一号”绕月球运动的周期T.

正确答案

解:(1)设地球质量为M1,对嫦娥一号有:

又:

解得:

(2)

嫦娥一号绕月球运行时,有:

解得:

答:

(1)已知地球半径为R,表面的重力加速度为g,“嫦娥一号”在距离地面h时受到地球的引力大小

(2)已知月球的质量为M,引力常量为G,求“嫦娥一号”绕月球运动的周期

解析

解:(1)设地球质量为M1,对嫦娥一号有:

又:

解得:

(2)

嫦娥一号绕月球运行时,有:

解得:

答:

(1)已知地球半径为R,表面的重力加速度为g,“嫦娥一号”在距离地面h时受到地球的引力大小

(2)已知月球的质量为M,引力常量为G,求“嫦娥一号”绕月球运动的周期

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题型:简答题
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简答题

一质量为m半径为a的球形人造卫星在离地面高度为H的高空绕地球作圆周运动,由于受到稀薄空气的阻力作用,该卫星绕行一周高度要下降△H.已知物体在密度为ρ的流体中以速度v运动时受到的阻力为f=pksv2,式中k是拖曳系数,S是物体与流速垂直的最大横截面积.已知地球的半径为R0,因△H很小,卫星绕行时可认为做匀速圆周运动,卫星在半径为r的轨道上具有的引力势能大小为,卫星所在处空气的拖曳系数为η,其中G为万有引力量,M为地球质量.试求:

(1)离地面高度为H处的重力加速度g′; 

(2)轨道高度下降△H时,人造卫星的动能变化△Ek; 

(3)卫星所在处的大气密度.

正确答案

解:(1)根据万有引力等于重力得:

解得:g′=

(2)高度为H时,有:

下降了△H时有:

动能增加:

(3)高度下降△H时,势能减小:

则总机械能减小:△E=△EP-△EK=

根据,s=πa2

解得:=

答:(1)离地面高度为H处的重力加速度为

(2)轨道高度下降△H时,人造卫星的动能变化

(3)卫星所在处的大气密度为

解析

解:(1)根据万有引力等于重力得:

解得:g′=

(2)高度为H时,有:

下降了△H时有:

动能增加:

(3)高度下降△H时,势能减小:

则总机械能减小:△E=△EP-△EK=

根据,s=πa2

解得:=

答:(1)离地面高度为H处的重力加速度为

(2)轨道高度下降△H时,人造卫星的动能变化

(3)卫星所在处的大气密度为

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题型: 单选题
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单选题

关于地球同步通讯卫星,下列说法中正确的是(  )

①它一定在赤道上空运行

②各国发射的同步卫星轨道半径都一样

③它运行的线速度一定小于第一宇宙速度

④它运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间.

A①②

B①④

C②④

D①②③

正确答案

D

解析

解:①同步卫星运行轨道为位于地球赤道平面上空圆形轨道,轨道固定不变,故①正确;

②因为同步卫星要和地球自转同步,即同步卫星周期T为一定值,根据F=,因为T一定值,所以 r 也为一定值,所以同步卫星距离地面的高度是一定值,故②正确

③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.而同步卫星的轨道半径要大于近地卫星的轨道半径,根据v的表达式可以发现,同步卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度.故③正确;

④由③分析知④错误.

故选D

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题型: 单选题
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单选题

两颗人造地球卫星,都在圆形轨道上运行,轨道半径之比2:1,则它们速度之比等于(  )

A1:2

B2:1

C1:

D:1

正确答案

C

解析

解:由于人造地球卫星受到地球的万有引力提供卫星圆周运动向心力,则有:

   G=m

则得,v=,式中M是地球的质量,r是卫星的轨道半径.

所以有  ==

故选:C

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题型: 单选题
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单选题

“静止”在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面,为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料.设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍,下列说法中正确的是(  )

A同步卫星运行速度是第一宇宙速度的

B同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转获得的速度的

C同步卫星运行速度是第一宇宙速度的

D同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的

正确答案

C

解析

解:A、根据万有引力提供向心力,v=.第一宇宙速度的轨道半径等于地球的半径,同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍,所以同步卫星运行速度是第一宇宙速度的倍.故A错误,C正确.

   B、同步卫星与地球赤道上的物体具有相同的角速度,根据v=rω,同步卫星的线速度是赤道物体线速度的n倍.故B错误.

   D、根据,a=,同步卫星的向心加速度是贴近地球表面运行卫星向心加速度的,根据万有引力等于重力,贴近地球表面运行卫星的向心加速度等于地球表面的重力加速度.故D错误.

故选C.

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,北斗导航系统中两颗卫星,均为地球同步卫星.某时刻位于轨道上的A、B两位置.设地球表面处的重力加速度为g,地球半径为R,地球自转周期为T.则(  )

A两卫星线速度大小均为

B两卫星轨道半径均为 

C卫星l由A运动到B所需的最短时间为

D卫星1由A运动到B的过程中万有引力做正功

正确答案

B

解析

解:A、两同步卫星的周期T相同,轨道高度h相同,所以线速度为,故A错误.

B、根据万有引力提供向心力,得

又因为地球表面的物体受到的重力等于万有引力,得GM=R2g,所以,故B正确.

C、同步卫星做匀速圆周运动,故卫星l由A运动到B所需的最短时间为,故C错误.

D、卫星从位置A运动到位置B,由于万有引力方向与速度方向垂直,万有引力不做功.故D错误.

故选:B.

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题型:填空题
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填空题

如图所示a,b,c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗人造卫星,则人造卫星______的线速度最大,人造卫星______的周期相等.

正确答案

a

b、c

解析

解:卫星绕中心天体做匀速圆周运动,由万有引力提供向心力,

=m=m

v=

由题图知:ra<rb=rc,则a的线速度最大,

T=2π,rb=rc,所以b、c的周期相等.

故答案为:a;b、c

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题型: 单选题
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单选题

中轨道卫星离地面的高度约为地球半径的2倍,地球表面处的重力加速度为g,则由于地球的作用使中轨道卫星处的重力加速度约为(  )

A

B

C4g

D9g

正确答案

A

解析

解:地球表面重力与万有引力相等有:

mg=

中轨道卫星离地面的高度约为地球半径的2倍,根据万有引力定律得:

F==mg′

解得中轨道卫星处的重力加速度为:g′=

故选:A.

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题型: 单选题
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单选题

设地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,则在距地面高度H=R的地方,下列说法正确的是(  )

A质量为m的物体在该处的重力大小为

B通过该处绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的运动的角速度为

C通过该处绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的运动的线速度为

D通过该处绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的运动的周期为

正确答案

C

解析

解:A、根据物体的重力等于万有引力

mg=G

地球表面的重力加速度为g,在距地面高度H=R的地方,即r=2R,

所以质量为m的物体在该处的重力加速度g′=,所以质量为m的物体在该处的重力大小为,故A错误

B、因为有ω=,当r=2R,则ω=,故B错误

C、因为有v=,当r=2R,则v=,故C正确

D、因为有T=2π,当r=2R,则T=,故D错误

故选C.

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题型:简答题
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简答题

“神州”七号宇宙飞船发射时,在飞船控制中心的大屏幕上有一幅卫星运行轨迹图,如图所示.他记录了“神七”在地球表面垂直投影的变化;图中表示在一段时间内飞船绕地球圆周飞行四圈,依次飞经中国和太平洋地区的四次轨迹 ①、②、③、④,图中分别标出了各地点的经纬度(如:在轨迹 ①通过赤道时的经度为西经 157.5°,绕行一圈后轨迹 ②再次经过赤道时经度为 180° ….) 

(1)计算“神州”七号宇宙飞船的运行周期;

(2)若地球半径为R,飞船的运行周期为T,地球表面处重力加速度为g,求飞船离地面的高度 H.

正确答案

解:(1)飞船每运行一周,地球自转角度为180°-157.5°=22.5°

则神舟飞船运行的周期T=×24×3600S=5400S=1.5h.

(2)由万有引力提供向心力,即=m

在地球表面处万有引力等于重力:mg=

可求得飞船的轨道半径:r==

则轨道高度H=r-R=-R=3.43×105 m

答:(1)“神州”七号宇宙飞船的运行周期是1.5h;

(2)若地球半径为R,飞船的运行周期为T,地球表面处重力加速度为g,飞船离地面的高度是3.43×105 m.

解析

解:(1)飞船每运行一周,地球自转角度为180°-157.5°=22.5°

则神舟飞船运行的周期T=×24×3600S=5400S=1.5h.

(2)由万有引力提供向心力,即=m

在地球表面处万有引力等于重力:mg=

可求得飞船的轨道半径:r==

则轨道高度H=r-R=-R=3.43×105 m

答:(1)“神州”七号宇宙飞船的运行周期是1.5h;

(2)若地球半径为R,飞船的运行周期为T,地球表面处重力加速度为g,飞船离地面的高度是3.43×105 m.

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题型: 单选题
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单选题

西昌卫星发射中心的火箭发射架上,有一待发射的卫星,它随地球自转的线速度为v1、加速度为a1;发射升空后在近地轨道上做匀速圆周运动,线速度为v2、加速度为a2;实施变轨后,使其在同步卫星轨道上做匀速圆周运动,运动的线速度为v3、加速度为a3.则v1、v2、v3的大小关系和a1、a2、a3的大小关系是(  )

Av3>v2>v1 ,a2>a3>a1

Bv2>v3=v1 ,a2=a1>a3

Cv2>v3>v1 ,a2>a3>a1

Dv2>v3>v1 ,a3>a2>a1

正确答案

C

解析

解:对于近地卫星和同步卫星而言,有:G=ma=m,解得a=,v=,知v2>v3,a2>a3

对于待发射卫星和同步卫星,角速度相等,根据v=rω知,v3>v1,根据a=rω2知,a3>a1.则v2>v3>v1;,a2>a3>a1,故C正确.

故选:C

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题型:简答题
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简答题

对某行星的一颗卫星进行观测,已知运行的轨迹是半径为R的圆周,运动n周的时间为t.求:

(1)该行星的质量

(2)测得行星的半径为卫星轨道半径的,则此行星表面的重力加速度为多大?

正确答案

解(1)卫星的周期:T=

卫星做匀速圆周运动,万有引力提供向心力:

G=mR,解得:M=

(2)设行星的半径为r,卫星半径R=5r----------------④

地球表面上质量为m′的物体受到的万有引力近似等于其受到的重力,

可得:G=m′g,解得:g=

答:(1)该行星的质量为

(2)测得行星的半径为卫星轨道半径的,则此行星表面的重力加速度为

解析

解(1)卫星的周期:T=

卫星做匀速圆周运动,万有引力提供向心力:

G=mR,解得:M=

(2)设行星的半径为r,卫星半径R=5r----------------④

地球表面上质量为m′的物体受到的万有引力近似等于其受到的重力,

可得:G=m′g,解得:g=

答:(1)该行星的质量为

(2)测得行星的半径为卫星轨道半径的,则此行星表面的重力加速度为

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题型:填空题
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填空题

设两人造地球卫星的质量比为1:2,到地球球心的距离比为1:3,则它们的周期比为______;线速度比为______;向心加速度比为______;向心力比为______

正确答案

1:3

:1

9:1

9:2

解析

解:根据人造卫星的万有引力等于向心力,

F=

周期T=2π,r:r′=1:3,所以T:T′=1:3

线速度v=,r:r′=1:3,所以v:v′=:1;

加速度a=,r:r′=1:3,所以a:a′=9:1;

向心力F=G,两人造地球卫星的质量比为1:2,r:r′=1:3,所以F:F′=9:2;

故答案为:1:3:1;9:1;9:2.

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题型: 单选题
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单选题

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质量相等且小于c的质量,则下列判断错误的是(  )

Ab所需向心力最小

Bb、c周期相等,且大于a的周期

Cb、c向心加速度大小相等,且大于a的向心加速度

Db、c线速度大小相等,且小于a的线速度

正确答案

C

解析

解:A、人造地球卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供,根据F=

卫星b、c的轨道半径相等,b质量小于c的质量,所以c所需的向心力大于b所需的向心力.

a、b质量相同,a的轨道半径小于b的轨道半径,所以a所需的向心力大于b所需的向心力.故A正确;

B、根据万有引力提供向心力=m

T=2π

所以b、c周期相等,且大于a的周期,故B正确;

C、根据万有引力提供向心力=ma

a=

所以b、c向心加速度相等,且小于a向心加速度,故C错误;

D、根据万有引力提供向心力=m

v=

所以b、c的线速度相等,且小于的线速度,故D正确.

本题选错误的,故选:C.

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题型:填空题
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填空题

地球的两颗人造卫星质量之比m1:m2=1:2,圆运动轨道之比r1:r2=1:4,求:

(1)线速度之比υ1:υ2=______

(2)角速度之比ω1:ω2=______; 

(3)运行周期之比T1:T2=______; 

(4)向心力之比F1:F2=______

正确答案

2:1

8:1

1:8

8:1

解析

解:根据万有引力提供向心力=ma==mω2r

v=

ω=

T=2π

F=

(1)v=,圆运动轨道之比r1:r2=1:4,线速度之比υ1:υ2==2:1

(2)ω=,圆运动轨道之比r1:r2=1:4,角速度之比ω1:ω2==8:1

(3)T=2π,圆运动轨道之比r1:r2=1:4,运行周期之比T1:T2==1:8

(4)F=,两颗人造卫星质量之比m1:m2=1:2,圆运动轨道之比r1:r2=1:4,

向心力之比F1:F2==8:1

故答案为:(1)2:1  (2)8:1 (3)1:8 (4)8:1

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