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题型: 多选题
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多选题

我国研制的“嫦娥二号”卫星,于2010年10月1日18时59分57秒在西昌卫星发射中心发射升空,并获得了圆满成功.发射的大致过程是:先将卫星送入绕地球椭圆轨道,再点火加速运动至月球附近被月球“俘获”而进入较大的绕月椭圆轨道,又经三次点火制动“刹车”后进入近月圆轨道,在近月圆轨道上绕月运行的周期是T=118分钟.又知月球表面的重力加速度为g′=(g是地球表面的重力加速度g=10m/s2).下列说法中正确的是(  )

A仅凭上述信息及T、g′能算出月球的半径

B仅凭上述信息及T、g′能算出月球上的第一宇宙速度

C仅凭上述信息及T、g′能算出月球的质量和密度

D卫星沿绕地球椭圆轨道运行时,卫星上的仪器处于失重状态

正确答案

A,B,C,D

解析

解:A、近月圆轨道上绕月运行时,由重力提供向心力,则向心加速度近似等于月球表面的重力加速度,由g′=R,已知T,g′=g,所以可求出月球的半径;故A正确;

B、月球上的第一宇宙速度即为近月卫星的速度,设为v.则 v=,T已知,R由上可求出,所以可以求出月球上的第一宇宙速度,故B正确;

C、根据万有引力等于向心力,得:,得月球的质量:M=,可求得月球的质量M,并能求出月球的密度.故C正确;

D、卫星沿绕地椭圆轨道运行时,万有引力的径向分力提供向心力,切向分力改变速度的大小,故卫星上的仪器处于失重状态,故D正确.

故选:ABCD.

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题型:简答题
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简答题

一颗人造卫星在离地面高度等于地球半径的圆形轨道上运行,已知地球的第一宇宙速度为v1=7.9km/s,g=9.8m/s2≈1.4

(1)这颗卫星运行的线速度为多大?(结果保留两位有效数字)

(2)它绕地球运动的向心加速度为多大?

(3)质量为1kg的仪器放在卫星内的平台上,仪器的重力为多大?它对平台的压力有多大?

正确答案

解:(1)由万有引力提供向心力

=m

v=

人造卫星在离地面高度等于地球半径的圆形轨道上运行,所以这颗卫星运行的线速度为v==v1=5.53km/s,

(2)根据牛顿第二定律

=ma

a=,r=2R,

在地球表面,万有引力等于重力,有:

mg=

它绕地球运动的向心加速度a==2.45m/s2

(3)仪器所受的重力G′=F=ma=2.5N

卫星处于失重状态,仪器对平台的压力FN=0                        

答:

(1)这颗卫星运行的线速度为5.53km/s.

(2)它绕地球运行的向心加速度为2.45m/s2

(3)质量为1kg的仪器放在卫星内的平台上,仪器所受的重力是2.45N.它对平台的压力为零.

解析

解:(1)由万有引力提供向心力

=m

v=

人造卫星在离地面高度等于地球半径的圆形轨道上运行,所以这颗卫星运行的线速度为v==v1=5.53km/s,

(2)根据牛顿第二定律

=ma

a=,r=2R,

在地球表面,万有引力等于重力,有:

mg=

它绕地球运动的向心加速度a==2.45m/s2

(3)仪器所受的重力G′=F=ma=2.5N

卫星处于失重状态,仪器对平台的压力FN=0                        

答:

(1)这颗卫星运行的线速度为5.53km/s.

(2)它绕地球运行的向心加速度为2.45m/s2

(3)质量为1kg的仪器放在卫星内的平台上,仪器所受的重力是2.45N.它对平台的压力为零.

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,处于同一轨道平面上的三颗人造地球卫星a、b、c,在某一时刻恰好处在同一直线上,关于三颗人造地球卫星在运行速度、所受向心力及向心加速度之间的关系,下列说法中正确的是(  )

A速度大小满足va<vb<vc

B运行周期满足Ta>Tb>Tc

C向心加速度大小满足aa>ab>ac

D所受向心力大小满足Fa>Fb>Fc

正确答案

C

解析

解:A、根据v=,有va>vb>vc,故A错误;

B、根据T=2π,有Ta<Tb<Tc,故B错误;

C、根据a=,有aa>ab>ac,故C正确;

D、卫星做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,由于不知道卫星的质量大小关系,无法判断向心力大小,故D错误;

故选:C

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题型:简答题
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简答题

北京时间2005年12月12日,“神舟”六号无人飞船在酒泉卫星发射中心同长征二号运载火箭发射升空,飞船按计划入预定的圆形轨道,用时间t在轨道上绕地球运行了n圈,之后开始按预定方式返回地面,并安全着陆.这标志着我国航天技术达到新的水平.已知地球半径为R,地面重力加速度为g,试求飞船在圆形轨道上绕地球飞行时离地面的高度.

正确答案

解:飞船在圆轨道上运动的周期T=              …①

设地球和飞船质量分别为M和m,飞船距地面的高度为h,则有

=        ②

根据万有引力等于重力得

地球表面的重力加速度为g=               ③

由①②③得h=-R       

答:飞船在圆形轨道上绕地球飞行时离地面的高度是-R

解析

解:飞船在圆轨道上运动的周期T=              …①

设地球和飞船质量分别为M和m,飞船距地面的高度为h,则有

=        ②

根据万有引力等于重力得

地球表面的重力加速度为g=               ③

由①②③得h=-R       

答:飞船在圆形轨道上绕地球飞行时离地面的高度是-R

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题型: 多选题
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多选题

在圆轨道上运动的质量为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(  )

A卫星运动的速度为

B卫星运动的角速度为

C卫星运动的加速度为

D卫星运动的周期为4π

正确答案

B,D

解析

解:在地球表面有:可得GM=gR2,所以:

A、万有引力提供圆周运动向心力得线速度,故A错误;

B、由得角速度,故B正确;

C、由得卫星运动的加速度,故C错误;

D、由,得周期故D正确;

故选:BD.

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题型:简答题
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简答题

有一质量为m的卫星,在以半径为R、周期为T绕地球作匀速圆轨道运动,求:

(1)求地球的质量M.

(2)求卫星的向心加速度a.

(3)求卫星的环绕速度.

正确答案

解:(1)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,

G=m(2R

解得:M=

(2)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,

G=ma

a=G

由①②解得:a=

(3)根据圆周运动知识得

卫星的环绕速度v=

答:(1)地球的质量M是

(2)卫星的向心加速度是

(3)卫星的环绕速度是

解析

解:(1)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,

G=m(2R

解得:M=

(2)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,

G=ma

a=G

由①②解得:a=

(3)根据圆周运动知识得

卫星的环绕速度v=

答:(1)地球的质量M是

(2)卫星的向心加速度是

(3)卫星的环绕速度是

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题型:简答题
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简答题

“天宫一号”是中国第一个目标飞行器,于2011年9月29日在酒泉卫星发射中心发射,天宫一号绕地球运动轨道可以看成圆,它离地面的高度为H,已知地球质量为M,地球半径为R,万有引力常量为G,求:

(1)天宫一号运行的速度;

(2)天宫一号运行的周期.

正确答案

解:(1)设目标飞行器质量为m,由万有引力定律等于向心力得:

G=

解得运行的速度:v= 

(2)由万有引力定律等于向心力得:

 G=(R+H)

解得:T=2π

答:(1)天宫一号运行的速度为

(2)天宫一号运行的周期为2π

解析

解:(1)设目标飞行器质量为m,由万有引力定律等于向心力得:

G=

解得运行的速度:v= 

(2)由万有引力定律等于向心力得:

 G=(R+H)

解得:T=2π

答:(1)天宫一号运行的速度为

(2)天宫一号运行的周期为2π

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题型: 多选题
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多选题

1970年4月24日,我国自行设计、制造的第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功,开创了我国航天事业的新纪元.“东方红一号”的运行轨道为椭圆轨道,如图所示.其近地点M和远地点N的高度分别为439km和2384km,则(  )

A卫星在M点的势能大于N点的势能

B卫星在M点的角速度大于N点的角速度

C卫星在M点的向心加速度大于N点的向心加速度

D卫星在N点的速度大于7.9 km/s

正确答案

A,B,C

解析

解:A、由M到N地球引力做负功,势能增加.故A正确;

 B、近地点角速度大,远地点角速度小.故B正确;

 C、加速度a=,可知近地点加速度大,远地点加速度小.故C正确;

  D、第一宇宙速度,是发射卫星的最小速度,是卫星绕地球运动的最大速度,所以在N点的速度应小于7.9Km/s 故D错误.

故选:A B 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)向心力之比F1:F2=______

正确答案

2:1

8:1

8:1

解析

解:(1)根据万有引力提供向心力,得:,所以有:=

(2)根据万有引力提供向心力,得:,所以有:

(3)根据万有引力提供向心力,所以有:

故答案为:(1)2:1;(2)8:1;(3)8:1;

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题型:简答题
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简答题

为了迎接太空时代的到来,美国国会通过了一项计划,在2050年前建造太空升降机,就是把长绳的一端搁置在地球的卫星上,另一端系住升降机,放开绳,升降机能到达地球上,人坐在升降机里,在卫星上通过电动机把升降机拉到卫星上.已知地球表面的重力加速度g=10m/s2,地球半径R=6400km.求:

(1)某人在地球表面用弹簧测力计称得重800N,站在升降机中.当升降机以加速度a=g(g为地球表面处的重力加速度)垂直地面上升,这时此人再一次用同一弹簧测力计称得视重为880N,忽略地球公转的影响,求升降机此时距地面的高度;

(2)如果把绳的一端搁置在同步卫星上,绳的长度至少为多少米?(保留两位有效数字)

正确答案

解:(1)由题意可知人的质量为:m=80kg

对人根据牛顿第二定律得:880-mg′=mg  

根据万有引力等于重力得:

mg′=

=mg

解得:g′=g

即h=2.16R=1.38×107m

(2)同步卫星围绕行星做匀速圆周运动,由地球对卫星的万有引力提供卫星所需的向心力列出等式:

=m

r=R+h′

T为地球自转周期,结合GM=gR2

得:h′=3.6×107m

答:(1)升降机此时距地面的高度是1.38×107m;

(2)如果把绳的一端搁置在同步卫星上,绳的长度至少为3.6×107m

解析

解:(1)由题意可知人的质量为:m=80kg

对人根据牛顿第二定律得:880-mg′=mg  

根据万有引力等于重力得:

mg′=

=mg

解得:g′=g

即h=2.16R=1.38×107m

(2)同步卫星围绕行星做匀速圆周运动,由地球对卫星的万有引力提供卫星所需的向心力列出等式:

=m

r=R+h′

T为地球自转周期,结合GM=gR2

得:h′=3.6×107m

答:(1)升降机此时距地面的高度是1.38×107m;

(2)如果把绳的一端搁置在同步卫星上,绳的长度至少为3.6×107m

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题型:简答题
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简答题

发射地球同步卫星时,先将卫星发射到距地面高度为h1的圆轨道上,在卫星经过A点时点火实施变轨进入椭圆轨道,最后在椭圆轨道的远地点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,忽略地球自转的影响.求:

(1)卫星在近地点A的加速度大小;

(2)远地点B距地面的高度.

(3)能否求出卫星从A点到B点所需的时间.若能,请写出求解过程或表达式(不必求解最终的结果).

正确答案

解:(1)设地球质量为M,卫星质量为m,万有引力常数为G,卫星在A点的加速度为a,由牛顿第二定律得:

=ma,r=R+h1

物体在地球赤道表面上受到的万有引力等于重力,

则:mg=

解以上两式得:a=

(2)设远地点B距地面高度为h2,卫星受到的万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:

=mr,r=(R+h2) 

解得:h2=-R.

(3)根据开普勒第三定律得出

在椭圆轨道上:=k

在同步卫星轨道上:=k

可以求得在椭圆轨道上卫星的周期,所以能求得卫星从A点到B点所需的时间.

答:(1)卫星在近地点A的加速度大小是

(2)远地点B距地面的高度是-R.

(3)能求出卫星从A点到B点所需的时.

解析

解:(1)设地球质量为M,卫星质量为m,万有引力常数为G,卫星在A点的加速度为a,由牛顿第二定律得:

=ma,r=R+h1

物体在地球赤道表面上受到的万有引力等于重力,

则:mg=

解以上两式得:a=

(2)设远地点B距地面高度为h2,卫星受到的万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:

=mr,r=(R+h2) 

解得:h2=-R.

(3)根据开普勒第三定律得出

在椭圆轨道上:=k

在同步卫星轨道上:=k

可以求得在椭圆轨道上卫星的周期,所以能求得卫星从A点到B点所需的时间.

答:(1)卫星在近地点A的加速度大小是

(2)远地点B距地面的高度是-R.

(3)能求出卫星从A点到B点所需的时.

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题型: 多选题
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多选题

如图所示,圆a和椭圆b是位于地球赤道平面上的卫星轨道,其中圆a是地球同步轨道,现在有A、B两颗卫星分别位于a、b轨道运行,且卫星A的运行方向与地球自转方向相反,已知A、B的运行周期分别为T1、T2,地球自转周期为T0,P为轨道b的近地点,则有(  )

A卫星A是地球同步卫星

B卫星B在P点时动能最大

CT0=T1

DT1<T2

正确答案

B,C

解析

解:A、卫星A的运行方向与地球自转方向相反,虽然周期为24h,但相对地面上的物体或观察者是运动的,故卫星A不是同步卫星,故A错误.

B、根据开普勒第二定律,近地点速度最大大,故动能最大,故卫星B在P点是动能最大.故B正确.

C、由于卫星A在同步卫星轨道上运动,故其周期等于地球的自转周期,即T0=T1,故C正确.

D、根据开普勒第三定律,则T1>T2,故D错误.

故选:BC.

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步轨道3,轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点(如图所示)则当卫星分别在1、2、3轨道正常运行时,以下说法正确的是(  )

A卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率

B卫星在轨道3上的周期小于在轨道2上的周期

C卫星在轨道1上的经过Q点时速率大于它在轨道2上经过Q点时的速率

D卫星在轨道2上的经过P点时加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度

正确答案

D

解析

解:A、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=ma=mr

v=

轨道3半径比轨道1半径大,卫星在轨道1上线速度较大,故A错误;

B、T=2π,所以卫星在轨道3上的周期大于在轨道2上的周期,故B错误;

C、从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ,卫星在Q点是做逐渐远离圆心的运动,要实现这个运动必须使卫星所需向心力大于万有引力,所以应给卫星加速,增加所需的向心力.所以在轨道2上Q点的速度大于轨道上1Q点的速度.故C错误;

D、a=,所以卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度,故D正确;

故选:D.

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题型: 单选题
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单选题

人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为R,线速度为v,周期为T,若使卫星周期变为2T,可能的方法有(  )

AR不变,使线速度变为

Bv不变,使轨道半径变为2R

C轨道半径变为

D以上方法均不可以

正确答案

C

解析

解:A、若半径r不变,使卫星的线速度减小,卫星将做近心运动,周期减小.故A错误.

    B、若v不变,卫星只能在原轨道上运动,半径不变,周期也不变.故B错误.

    C、设地球的质量为M,卫星的质量为m.由牛顿第二定律得:=mr 得到T=2

     根据数学知识可知,使轨道半径半径变为,卫星的周期变2T.则C正确 D错误

故选:C

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题型:简答题
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简答题

“伽利略”木星探测器,从1989年10月进入太空起,历经6年,行程37亿千米,终于到达木星周围,此后在t秒内绕木星运行N圈后,对木星及其卫星进行考察,最后坠入木星大气层烧毁,设这N圈都是绕木星在同一圈周上运行,其运行速率为v,探测器上的照相机正对木星拍摄整个木星时的视角为θ(如图所示),设木星为一球体,求:

(1)木星探测器在上述圆形轨道上运行时的轨道半径;

(2)木星的第一宇宙速度.

正确答案

解:(1)探测器的线速度:v=

则探测器的轨道半径:r=

由题意可知,周期:T=

解得:r=

(2)探测器在圆形轨道上运行时,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:

G=m

设木星的第一宇宙速度为:v0,由牛顿第二定律得:

G=m′

解得:v0=v,

由题意可知:R=rsin

解得:v0=

答:(1)木星探测器在上述圆形轨道上运行时的轨道半径为

(2)木星的第一宇宙速度为

解析

解:(1)探测器的线速度:v=

则探测器的轨道半径:r=

由题意可知,周期:T=

解得:r=

(2)探测器在圆形轨道上运行时,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:

G=m

设木星的第一宇宙速度为:v0,由牛顿第二定律得:

G=m′

解得:v0=v,

由题意可知:R=rsin

解得:v0=

答:(1)木星探测器在上述圆形轨道上运行时的轨道半径为

(2)木星的第一宇宙速度为

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