- 万有引力与航天
- 共16469题
(2016•连云港模拟)地球同步卫星距地面高度为36000km,其绕地球运动的速度v应满足( )
正确答案
解析
解:根据知,v=
,轨道半径越大,线速度越小,则第一宇宙速度是环绕地球做匀速圆周运动的最大速度,则同步卫星绕地球的速度小于7.9km/s,故A正确,B、C、D错误.
故选:A.
物体在万有引力场中具有的势能叫做引力势能.若取两物体相距无穷远时的引力势能为零,一个质量为m0的质点距质量为M0的引力中心为r0时,其万有引力势能Ep=-E(式中G为引力常数).一颗质量为m的人造地球卫星以半径为r1圆形轨道环绕地球飞行,已知地球的质量为M,要使此卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径增大为r2,则在此过程中( )
正确答案
解析
解:A、引力势能的增加量=GMm(
-
),故A正确.
B、根据万有引力提供向心力由:,解得
=
.
同理,Ek2=.
所以,动能的减小量为=
.故B错误.
CD、根据能量守恒定律,卫星机械能增加了等于发动机消耗的最小能量为E=△Ep-△Ek=.故C正确、D错误.
故选:AC
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: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,根据万有引力提供向心力,得:
G=m
r=m
可得:T=2…①
v=…②
AB、根据题意两次变轨后,卫星分别为从“24小时轨道”变轨为“48小时轨道”和从“48小时轨道”变轨为“72小时轨道”,则由上式可知,在每次变轨完成后与变轨前相比运行周期增大,运行轨道半径增大,运行线速度减小,卫星所受向心力变小,故A、B错误.
CD、两次变轨后,半径都增大,卫星必须点火加速,机械能增大,故C错误.
D、卫星的速度减小,则动能减小,高度增大,则引力势能增大,故D正确.
故选:D.
地球和金星都是围绕太阳运动的行星,设它们绕太阳运动的轨道半径分别为r1和r2,且r1>r2,运转速率分别为v1、v2,公转周期分别为T1、T2,则有( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力=
,得
,
,可知半径越大,线速度越小,周期越大,因r1>r2,则v1<v2,T1>T2.故D正确,ABC错误.
故选:D.
已知一颗人造地球卫星在离地高度一定的圆轨道上运行,速度达到了6.4km/s.取地球半径为R=6400km,地球表面的重力加速度为g=9.8m/s2,试求这颗卫星离地面的高度.
正确答案
解:设卫星距离地面的高度为h,则卫星的轨道半径为:r=R+h
设地球质量为M,卫星的质量为m,由万有引力定律和牛顿第二定律有:
即: ①
在地球表面处,有:
可得地球的质量M=
代入①式可得:
可得卫星距地面的高度h==
=3.4×106m
答:这颗卫星离地面的高度为3.4×106m.
解析
解:设卫星距离地面的高度为h,则卫星的轨道半径为:r=R+h
设地球质量为M,卫星的质量为m,由万有引力定律和牛顿第二定律有:
即: ①
在地球表面处,有:
可得地球的质量M=
代入①式可得:
可得卫星距地面的高度h==
=3.4×106m
答:这颗卫星离地面的高度为3.4×106m.
(2014春•常德校级期中)一个卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动,地球半径为R,地球表面处重力加速度为g,引力常量为G,求:
(1)地球的质量
(2)卫星运动的线速度.
正确答案
解:(1)在地球表面重力与万有引力相等有:
可得地球质量为:M=
(2)根据万有引力提供向心力得:
解得:v=
答:(1)地球的质量为
(2)卫星运动的线速度为.
解析
解:(1)在地球表面重力与万有引力相等有:
可得地球质量为:M=
(2)根据万有引力提供向心力得:
解得:v=
答:(1)地球的质量为
(2)卫星运动的线速度为.
2011年7月11日23时41分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭,成功将“天链一号02星”送入太空.火箭飞行约26分钟后,西安卫星测控中心传来的数据表明,星箭分离,卫星成功进入地球同步转移轨道.“天链一号02星”是我国第二颗地球同步轨道数据中继卫星,是航天器太空运行的数据“中转站”,用于转发地球站对中低轨道航天器的跟踪测控信号和中继航天器发回地面的信息的地球静止通信卫星.
(1)已知地球半径R=6400km,地球表面的重力加速度g=10m/s2,地球自转周期T=24h,请你估算“天链一号02星”的轨道半径为多少?(=0.7,结果保留一位有效数字)
(2)某次有一个赤道地面基站发送一个无线电波微波信号(沿直线传播),需要位于赤道地面基站正上方的“天链一号02星”把该信号转发到同轨道的一个航天器,如果航天器与“天链一号02 星”处于同轨道最远可通信距离的情况下,则航天器要经过多长时间才能接收到从赤道地面基站发出的无线电波信号?(已知地球半径为R,地球同步卫星轨道半径为r,无线电波传播速度为光速c ).
正确答案
解:(1)由题意知“天链一号02星”是地球同步卫星,周期T=24h,卫星在运行过程中受地球的万有引力提供向心力,令地球质量为M,卫星质量为m,卫星轨道半径为r,地球半径为R,则有
得卫星运动轨道半径r= ①
又因为地球表面重力等于万有引力,即满足得地球质量为
②
把②代入①得:r==
≈4×107m.
(2)
“天链一号02星”与同轨道的航天器的运行轨道都是同步卫星轨道,所以“天链一号02星”与同轨道的航天器绕地球运转的半径为r
“天链一号02星”与航天器之间的最远时的示意图如图所示.由几何知识可知:“天链一号02星”与航天器之间的最远距离
无线电波从发射到被航天器接收需要分两步.首先
赤道地面基站A发射的信号被中继卫星B接收,信号传输距离为r-R,则信号传输时间
然后中继卫星B再把信号传递到同轨道的航天器C,信号传输距离,则信号传输时间为
=
所以共用时:
答:(1)“天链一号02星”的轨道半径为4×107m
(2)航天器接收到赤道地面基站的无线电波信号的时间是.
解析
解:(1)由题意知“天链一号02星”是地球同步卫星,周期T=24h,卫星在运行过程中受地球的万有引力提供向心力,令地球质量为M,卫星质量为m,卫星轨道半径为r,地球半径为R,则有
得卫星运动轨道半径r= ①
又因为地球表面重力等于万有引力,即满足得地球质量为
②
把②代入①得:r==
≈4×107m.
(2)
“天链一号02星”与同轨道的航天器的运行轨道都是同步卫星轨道,所以“天链一号02星”与同轨道的航天器绕地球运转的半径为r
“天链一号02星”与航天器之间的最远时的示意图如图所示.由几何知识可知:“天链一号02星”与航天器之间的最远距离
无线电波从发射到被航天器接收需要分两步.首先
赤道地面基站A发射的信号被中继卫星B接收,信号传输距离为r-R,则信号传输时间
然后中继卫星B再把信号传递到同轨道的航天器C,信号传输距离,则信号传输时间为
=
所以共用时:
答:(1)“天链一号02星”的轨道半径为4×107m
(2)航天器接收到赤道地面基站的无线电波信号的时间是.
2014年11月1日早上6时42分,被誉为“嫦娥5号”的“探路尖兵”载人返回飞行试验返回器在内蒙古四子王旗预定区域顺利着陆,标志着我国已全面突破和掌握航天器以接近第二宇宙速度的高速载人返回关键技术,为“嫦娥5号”任务顺利实施和探月工程持续推进奠定了坚实基础.已知人造航天器在月球表面上空绕月球做匀速圆周运动,经过时间t(t小于航天器的绕行周期),航天器运动的弧长为s,航天器与月球的中心连线扫过角度为θ,引力常量为G,则( )
正确答案
解析
解:A、航天器的轨道半径:r=,A错误;
B、经过时间t,航天器与月球的中心连线扫过角度为θ,则有=
,周期为T=
,故B错误;
C、万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得G=m
r,解得M=
,故C正确;
D、人造航天器在月球表面上空绕月球做匀速圆周运动,月球的半径等于r,则月球的体积为V=πr3=
π(
)3,月球的密度为ρ=
=
,故D错误.
故选:C.
2007年10月24日,我国发射了第一颗探月卫星“嫦娥一号”,使“嫦娥奔月”的神话变为现实.嫦娥一号发射后先绕地球做圆周运动,经多次变轨,最终进入距月球表面h=200km的圆形工作轨道,进行科学探测,已知月球半径为R,月球表面的重力加速度为g月,万有引力常量为G,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力,有:=m
=mr
v=,T=2π
嫦娥一号的轨道半径为r=R+h,结合黄金代换公式:GM=g月R2,
代入线速度和周期公式得:v=,T=2π
,故A错误,B正确;
C、根据万有引力等于重力,则G=mg′,GM=g月R2,
得:g′=()2g月,故C正确;
D、由黄金代换公式得中心天体的质量M=,月球的体积V=
,
则月球的密度ρ=,故D正确;
故选:BCD.
2012年6月18日14时许,在完成捕获、缓冲、接近和锁紧程序后,载着景海鹏,刘旺和刘洋三名宇航员的“神舟九号”与“天宫一号”紧紧相牵,中国首次载人交会对接取得成功.假如“神舟九号”与“天宫一号”对接前所处的轨道如图甲所示,图乙是它们在轨道上即将对接时的模拟图.当它们处于图甲所示的轨道运行时,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、根据:
得:,v=
,T=2
天宫一号的半径大,向心加速度小,线速度小,周期大.故A正确,B错误.
C、由于题中没有提供“神舟九号”、“天宫一号”与同步卫星的有关信息,故无法判断其周期关系,故C错误.
D、神舟九号在轨道上加速,由于万有引力小于所需的向心力,神舟九号会做离心心运动,离开原轨道,可能会和天宫一号对接.故D正确.
故选:AD.
(2015秋•胶州市期中)如图所示,A为静止于地球赤道上的物体,B为绕地球沿椭圆轨道运行的卫星,C为绕地球质量做圆周运动的卫星,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T相同,相对地心,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、物体A静止于地球赤道上随地球一起自转,卫星C为绕地球做圆周运动,它们绕地心运动的周期相同,根据向心加速度的公式a=()2r,卫星C的加速度较大,故A错误;
B、物体A静止于地球赤道上随地球一起自转,周期为24h,AB周期相同,则卫星B的周期T等于24小时,故B正确;
C、A、B绕地心运动的周期相同,也就等于地球的自转周期.B为绕地球做椭圆轨道运行的卫星,是速度大小在变化的运动,所以可能出现:在每天的某一时刻卫星B在A的正上方.故C正确.
D、根据开普勒第三定律可知,,BC周期相等,所以aB=rC,故D错误;
故选:BC
有质量相等的两颗人造地球卫星A和B,分别在不同的轨道上绕地球做匀速圆周运动,两卫星的轨道半径分别为rA和rB,且rA>rB,则A和B两卫星相比较,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动的向心力
A、卫星的周期T=,半径大的A卫星周期大,故A正确;
B、据万有引力表达式,卫星质量相等,半径小的引力大,故B错误;
C、卫星的线速度,轨道半径小的B卫星线速度大,故C错误;
D、卫星的角速度,轨道半径小的B卫星角速度大,故D错误.
故选:A.
估算地球的质量和密度,已知地球的半径R,自转周期T,万有引力恒量G,及以下条件之一:
(1)地球表面的重力加速度g;
(2)环绕地球表面作圆周运动的卫星的周期T1;
(3)绕地球做圆周运动的卫星的高度为h,周期T2;
(4)绕地球做圆周运动的卫星的高度为h,速度为v.
正确答案
解:(1)根据万有引力等于重力有
=mg
M=,
ρ==
,
(2)根据万有引力提供圆周运动向心力有
m
r,r=R
环绕地球表面作圆周运动的卫星的周期T1;
M=,
ρ==
,
(3)根据万有引力提供圆周运动向心力有
m
r,r=h+R
绕地球做圆周运动的卫星的高度为h,周期T2;
M=,
ρ==
(4)根据万有引力提供圆周运动向心力有
m
,r=h+R
绕地球做圆周运动的卫星的高度为h,速度为v.
M=
ρ==
答:(1)地球表面的重力加速度g,地球的质量和密度分别是和
;
(2)环绕地球表面作圆周运动的卫星的周期T1,地球的质量和密度分别是和
;
(3)绕地球做圆周运动的卫星的高度为h,周期T2,地球的质量和密度分别是和
;
(4)绕地球做圆周运动的卫星的高度为h,速度为v,地球的质量和密度分别是和
.
解析
解:(1)根据万有引力等于重力有
=mg
M=,
ρ==
,
(2)根据万有引力提供圆周运动向心力有
m
r,r=R
环绕地球表面作圆周运动的卫星的周期T1;
M=,
ρ==
,
(3)根据万有引力提供圆周运动向心力有
m
r,r=h+R
绕地球做圆周运动的卫星的高度为h,周期T2;
M=,
ρ==
(4)根据万有引力提供圆周运动向心力有
m
,r=h+R
绕地球做圆周运动的卫星的高度为h,速度为v.
M=
ρ==
答:(1)地球表面的重力加速度g,地球的质量和密度分别是和
;
(2)环绕地球表面作圆周运动的卫星的周期T1,地球的质量和密度分别是和
;
(3)绕地球做圆周运动的卫星的高度为h,周期T2,地球的质量和密度分别是和
;
(4)绕地球做圆周运动的卫星的高度为h,速度为v,地球的质量和密度分别是和
.
某行星自转周期为T,赤道半径为R,研究发现,若该行星自转角速度变为原来的两倍,会导致该行星赤道上物体将恰好对行星表面没有压力,已知万有引力常量为G,则以下说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、该行星自转角速度变为原来两倍,则周期将变为原来的,即为
T,由题意可知此时:
,解得:
,故A错误;
B、同步卫星的周期等于该星球的自转周期,由万有引力提供向心力可得:,又:
,解得:r=
R,故B正确;
C、行星地面物体的重力和支持力的合力提供向心力:,又:mg=
,解得:
,由牛顿第三定律可知质量为m的物体对行星赤道地面的压力为
,故C错误;
D、7.9km/s是地球的第一宇宙速度,由于不知道该星球的质量以及半径与地球质量和半径的关系,故无法得到该星球的第一宇宙速度与地球第一宇宙速度的关系,故无法确环绕该行星作匀速圆周运动的卫星线速度是不是必不大于7.9km/s,故D错误.
故选:B.
在同一轨道平面上有三颗绕地球作匀速圆周运动的卫星A、B、C,已知它们的质量关系为mA=mB>mC,B与C在同一轨道上运动,如图所示,关于3个卫星的下列说法,正确的是( )
正确答案
解析
解:三颗人造地球卫星A、B、C绕地球作匀速圆周运动,
根据万有引力提供向心力
F==m
=m
r
A、v=,由图示可知:rA<rB=rC,所以vA>vB=vC,故A正确;
B、T=2π,由图示可知:rA<rB=rC,所以TA<TB=TC,故B正确;
C、F=,已知rA<rB=rC,mA=mB>mC ,可知FA>FB>FC,故C错误;
D、a=,由图示可知:rA<rB=rC,所以所以aA>aB=aC,故D正确;
故选:ABD.
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