- 万有引力与航天
- 共16469题
绕地球做圆周运动的两颗人造卫星a、b,其轨道半径之比为3:2,则( )
正确答案
解析
解:由卫星运动由万有引力提供向心力,根据得:
A、T=,轨道半径之比为3:2,则周期之比为
,故A错误;
B、,轨道半径之比为3:2,则角速度之比为
,故B错误;
C、,轨道半径之比为3:2,则线速度之比为
:3,故C正确;
D、a=,轨道半径之比为3:2,则向心加速度之比为4:9,故D错误;
故选:C
一颗人造地球卫星在离地面高度等于地球半径的圆形轨道上运行,已知卫星的第一宇宙速度是v1=7.9km/s,求:
(1)这颗卫星运行的线速度多大?
(2)它绕地球运行的向心加速度多大?
正确答案
解:(1)近地卫星运动时,有:G=m
距地距离为R的卫星运动时,有:G=m
解得:v2==
=5.6km/s;
(2)卫星距地面的高度为R时,有:G=ma,
在地面附近有:G=mg,
解得:a=g=2.45m/s2;
答:(1)这颗卫星运行的线速度为5.6km/s;
(2)它绕地球运行的向心加速度为2.45m/s2.
解析
解:(1)近地卫星运动时,有:G=m
距地距离为R的卫星运动时,有:G=m
解得:v2==
=5.6km/s;
(2)卫星距地面的高度为R时,有:G=ma,
在地面附近有:G=mg,
解得:a=g=2.45m/s2;
答:(1)这颗卫星运行的线速度为5.6km/s;
(2)它绕地球运行的向心加速度为2.45m/s2.
今年6月24日中国航天员刘旺手动控制“神州九号”飞船从后向前追上“静候”于轨道上的“天宫一号”目标飞行器,并成功实现了精准对接.在实况转播中多次展示了飞控中心大屏幕上的数据模拟图如图所示,对该图以及“神九”与“天宫”对接前后的过程,下列叙述中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、要实现对接,目标飞行器应在前,飞船应在后,由图示可知,A是“天宫一号”目标飞行器,B是“神州九号”飞船,故A正确;
B、万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,由于天宫一号的轨道半径大于地球的半径,则天宫一号的速度小于地球的第一宇宙速度,故B正确;
C、“天宫”在近地轨道长期运行,为修正稀薄空气阻力对“天宫”的影响,轨道半径要减小,需要经常进行“轨道维持”操作,操作完成后“天宫”的轨道半径要变大,由v=可知,其运行速度会略微变小,故C错误;
D、抬高近地点后期轨道半径r变大,需要在远地点利用“神九”上的小火箭适当提高“神九”的速度,使其做离心运动,到达新轨道后,轨道半径r变大,速度变小,故D错误;
故选:AB.
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,地球表面的重力加速度为g,求:
(1)卫星受到的向心力的大小;
(2)卫星的速率;
(3)若该卫星环绕地球运行的周期T与万有引力常量G已知,求地球的密度.
正确答案
解:(1)卫星绕地球做圆周运动靠万有引力提供向心力,根据万有引力定律得:
F=…①
根据地球表面物体万有引力等于重力得:
=mg…②
联立①②求解得:F=
(2)根据万有引力提供向心力,
=
…③
联立②③求解得:v=
(3)根据万有引力提供向心力,根据万有引力提供向心力,有:
=m
M=
根据密度公式得:
ρ==
=
.
答:(1)卫星受到的向心力的大小是;
(2)卫星的速率是;
(3)若该卫星环绕地球运行的周期T与万有引力常量G已知,地球的密度是.
解析
解:(1)卫星绕地球做圆周运动靠万有引力提供向心力,根据万有引力定律得:
F=…①
根据地球表面物体万有引力等于重力得:
=mg…②
联立①②求解得:F=
(2)根据万有引力提供向心力,
=
…③
联立②③求解得:v=
(3)根据万有引力提供向心力,根据万有引力提供向心力,有:
=m
M=
根据密度公式得:
ρ==
=
.
答:(1)卫星受到的向心力的大小是;
(2)卫星的速率是;
(3)若该卫星环绕地球运行的周期T与万有引力常量G已知,地球的密度是.
天文学家发现一颗迄今为止与地球最类似的太阳系外行星如图所示,这颗行星距离地球约20亿光年,公转周期约为37年,这颗名叫Gliese581g的行星位于天枰座星群,它的半径大约是地球的2.0倍,重力加速度与地球相近.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由于不知道这颗行星的绕行中心体,该行星的公转速度与地球比较无法确定,故A错误.
B、忽略星球自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式:,g=
这颗行星的重力加速度与地球相近,它的半径大约是地球的1.9倍,所以它的质量是地球的3.6倍.故B错误.
C、要在该行星表面发射人造卫星,发射的速度最小为第一宇宙速度.
第一宇宙速度v=,R为星球半径,M为星球质量,所以这颗行星的第一宇宙速度是地球的
倍,
而地球的第一宇宙速度为7.9km/s,故C错误.
D、由于这颗行星在太阳系外,所以航天飞机的发射速度至少要达到第三宇宙速度,故D正确.
故选:D.
人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,其速率( )
正确答案
解析
解:设地球的质量为M,卫星的质量为m,地球的半径为R,卫星的轨道为r,速率为v.地球的第一宇宙速度为v1,
则有:G=m
,
解得:v=
当r=R时,有:v=v1==7.9×103m/s
而实际中卫星的轨道r≥R,则v≤v1=7.9km/s,故C正确、ABD错误;
故选:C.
2015年9月20日,我国成功发射“一箭20星”,在火箭上升的过程中分批释放卫星,使卫星分别进入离地200~600km高的轨道.轨道均视为圆轨道,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律,有:
解得:,故离地近的卫星比离地远的卫星运动速率大;故A错误;
B、卫星做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律,有:
解得:
故离地近的卫星比离地远的卫星向心加速度大,故B错误;
C、卫星做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律,有:
解得:
同步卫星的角速度等于地球自转的角速度,同步卫星的轨道高度约为 36000千米,卫星分别进入离地200~600km高的轨道,是近地轨道,故角速度大于地球自转的角速度;故C正确;
D、由于卫星的质量不一定相等,故同一轨道上的卫星受到的万有引力大小不一定相等,故D错误;
故选:C
(2015秋•西区月考)图中a为贴近地表运行的人造卫星,b为同步通信卫星,下述表述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由牛顿第二定律得:G=mω2r,解得:ω=
,则知卫星的轨道半径越小,角速度越大,所以近地卫星a的角速度大于同步卫星b的角速度,而同步卫星b的角速度等于地球自转的角速度,故近地卫星a的角速度大于地球自转的角速度,故A错误.
B、由牛顿第二定律得:G=ma,解得:a=
,由图示可知,a的轨道半径小于b的轨道半径,则近地卫星a的向心加速度大于同步卫星b的向心加速度,故B正确;
C、在同步通信卫星b上,卫星上的物体处于完全失重状态,不能使用天平测物体的质量,但可使用弹簧测力计测量拉力,故C错误.
D、同步卫星b与地球自转的周期相同,相对于地面静止,它离地面的高度是一定的,同步卫星只能位于赤道平面内的轨道上,故D错误;
故选:B.
圆轨道上运行的质量为m的人造地球卫星,它到地面的距离等于地球半径R,地面上的重力加速度为g,则卫星运动的线速度为______,加速度为______,周期为4π,角速度为
.
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
=m
=ma=
=mω2r
解得:v=①
a=②
T=2π③
ω=④
根据题意得:r=R+R=2R⑤
根据地球表面物体的万有引力等于重力得:
=mg⑥
由①⑤⑥得卫星运动的线速度v=
由②⑤⑥得卫星运动的加速度a=
由③⑤⑥得卫星运动的周期T=4π
由④⑤⑥得卫星运动的角速度ω=
故答案为:,
,4π
,
如图所示,卫星A、B、C在相隔不远的不同轨道上,以地球为中心做匀速圆周运动,且运动方向相同,若在某个时刻恰好在同一直线上,则当卫星A转过一个周期时,下列关于三颗卫星的说法正确的是( )
正确答案
解析
解:设地球质量为M,卫星质量为m,根据万有引力和牛顿运动定律,有:
T=
由于rA<rB<rC.
所以TA<TB<TC
当卫星B经过一个周期时,A卫星的周期小在B的一个周期时间内已运动超过一个周期,所以A卫星的位置超前于B,而C卫星的周期大于B的周期,故C尚未完成一个周期运动,故C卫星的位置滞后于B.
故选:B.
在轨道上运行的人造地球卫星,如天线突然脱落,则天线将做( )
正确答案
解析
解:
人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,有,则
,故
,即天线受到地球的万有引力提供它做圆周运动的向心力.所以天线和卫星一起绕地球在同一轨道做圆周运动.故B正确,A、C、D错误.
故选B
我国已经成功多次发射“神舟”系列飞船和北斗导航系统的多颗地球同步卫星(运行轨道离地面的高度约为3.6×104km)“神舟”系列飞船一般在离地面的高度200km~600km的范围内运行,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、万有引力提供圆周运动的向心力有可得线速度
,由于神舟飞船的轨道半径小于同步卫星轨道半径,故神舟号飞船运行速度大于同步卫星的运行速度,故A正确;
B、同步卫星的周期相同,根据万有引力提供圆周运动向心力得:同步卫星周期
,因为周期相同,故同步卫星轨道半径r相同,所以B错误;
C、根据万有引力提供圆周运动向心力有卫星的线速度,当r取地于半径R时,线速度取最大值,此最大值即为第一宇宙速度7.9km/s,所有绕地球做圆周运动的线速度均小于第一宇宙速度,故C错误;
D、同步卫星的周期与地球自转周期相同即角速度相等,根据向心加速度a=rω知,轨道半径大的同步卫星的向心加速度大于赤道上物体的向心加速度,故D错误.
故选:A.
新华社莫斯科2008年12月19日电,俄罗斯飞行控制中心19日宣布,国际空间站运行轨道于17日顺利提升了约800米.此次提升轨道从莫斯科时间17日6时50分(北京时间17日11时50分)开始,对接在国际空间站“码头”号对接舱上的俄“进步M-01M”货运飞船的两个发动机被启动,并工作了583秒,从而使其最后到达距地球约354公里的太空轨道.
(1)国际空间站在提高后的轨道运行时,以下说法正确的是
A.国际空间站内的一切物体均不受重力作用
B.国际空间站的宇航员出舱行走时,身上脱落的物体将向地球做自由下落运动
C.宇航员出舱行走时,身上脱落的物体将沿轨道切线方向向地球之外飞去
D.国际空间站比地球同步卫星绕地球运行的速度快
(2)货运飞船发动机启动时将对空间站提供推力,则______
A.推力对空间站做正功
B.推力对空间站做负功
C.与轨道提升前相比,空间站的机械能增加了
D.与轨道提升前相比,空间站的机械能减少了
(3)国际空间站运行轨道提升前后轨道半径分别为RA、RB,求国际空间站在轨道提升前后绕地球做匀速圆周运动的速度大小之比时,某同学的一种解法如下:
由向心力公式得
请判断其解法是否正确.若是正确的,请你作出评价;若是错误的,请分析其出错的原因并给出正确的解答.
正确答案
解:(1)A、国际空间站内的一切物体受重力作用.故A错误.
B、国际空间站的宇航员出舱行走时,身上脱落的物体将绕地球做匀速圆周运动.故B错误.
C、宇航员出舱行走时,身上脱落的物体与宇航员保持相对静止,绕地球做匀速圆周运动.故C错误.
D、根据得,v=
,同步卫星的轨道半径大,则线速度小.故D正确.
故选D.
(2)货运飞船发动机启动时将对空间站提供推力,推力对空间站做正功,空间站的机械能增加.故AC正确,B、D错误.
故选AC.
(3)这种解法不对.
错在没有考虑重力加速度与高度有关
正确解答:卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,根据牛顿第二定律有
G=mA
③
G=mB
④
由③④式,得
故答案为:(1)D (2)AC (3)解法错误,.
解析
解:(1)A、国际空间站内的一切物体受重力作用.故A错误.
B、国际空间站的宇航员出舱行走时,身上脱落的物体将绕地球做匀速圆周运动.故B错误.
C、宇航员出舱行走时,身上脱落的物体与宇航员保持相对静止,绕地球做匀速圆周运动.故C错误.
D、根据得,v=
,同步卫星的轨道半径大,则线速度小.故D正确.
故选D.
(2)货运飞船发动机启动时将对空间站提供推力,推力对空间站做正功,空间站的机械能增加.故AC正确,B、D错误.
故选AC.
(3)这种解法不对.
错在没有考虑重力加速度与高度有关
正确解答:卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,根据牛顿第二定律有
G=mA
③
G=mB
④
由③④式,得
故答案为:(1)D (2)AC (3)解法错误,.
一人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,假如该卫星变轨后仍做匀速圆周运动,动能减小为原来的,不考虑卫星质量的变化,则变轨前后卫星的轨道半径之比为______,周期之比为______.
正确答案
1:4
1:8
解析
解:卫星变轨后仍做匀速圆周运动,动能减小为原来的,
根据动能公式Ek=
所以速度大小减到原来的
人造卫星做圆周运动,万有引力提供向心力,列出等式
=m
v=
所以变轨前后卫星的轨道半径之比为1:4
根据万有引力提供向心力,列出等式得
=m
r
T=2
所以周期之比为1:8
故答案为:1:4,1:8
(2015秋•镇江期末)设地球的半径为R0,质量为m的卫星在距地面3R0高处绕地球做匀速圆周运动.地球表面的重力加速度为g,则卫星运动的( )
正确答案
解析
解:A、根据得,v=
,又GM=
,解得卫星的线速度v=
,故A正确.
B、根据得,角速度
,又GM=
,解得卫星的角速度ω=
,故B错误.
C、根据得,加速度a=
,又GM=
,解得卫星的加速度a=
,故C错误.
D、根据得,T=
,又GM=
,解得卫星的周期T=16π
,故D正确.
故选:AD.
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