- 万有引力与航天
- 共16469题
如图所示,O点为地球的地心,实线圆表示地球赤道,虚线圆表示某一同步卫星轨道,A点表示同步卫星所在位置.若已知地球的半径为R,地球的自转周期为T,地球表面处的重力加速度为g.求:同步卫星离地面的高度h.
正确答案
解:由万有引力提供向心力可得:
由地球表面万有引力等于重力:
解得:
GM=gR2
带入①式解得:
答:同步卫星离地面的高度为.
解析
解:由万有引力提供向心力可得:
由地球表面万有引力等于重力:
解得:
GM=gR2
带入①式解得:
答:同步卫星离地面的高度为.
两颗人造地球卫星的质量之比m1﹕m2=1﹕2,轨道半径之比为r1﹕r2=3﹕1.求:
(1)两颗卫星运行的向心力之比
(2)两颗卫星运行的线速度之比.
正确答案
解:(1)根据卫星在运动过程中万有引力提供向心力.
所以 F=
则
(2)根据万有引力提供向心力
可得
则
答:(1)两颗卫星运行的向心力之比为.(2)两颗卫星运行的线速度之比为
.
解析
解:(1)根据卫星在运动过程中万有引力提供向心力.
所以 F=
则
(2)根据万有引力提供向心力
可得
则
答:(1)两颗卫星运行的向心力之比为.(2)两颗卫星运行的线速度之比为
.
有a、b、c、d四颗地球卫星,a还未发射,在地球赤道上随地球表面一起转动,b处于地面附近近地轨道上正常运动,c是地球同步卫星,d是高空探测卫星,设地球自转周期为24h,所有卫星均视为匀速圆周运动,各卫星排列位置如图所示,则有( )
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 =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 ,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4h内转过的圆心角是π.故C错误;
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:B.
已知地球质量为M,半径为R,自转周期为T,地球同步卫星质量为m,引力常量为G.有关同步卫星,下列表述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力得
=m
r
r=R+h
h=-R,故A正确;
B、第一宇宙速度为v1=,所以卫星的运行速度小于第一宇宙速度,故B错误;
C、卫星运行时受到的向心力大小是F=,故C错误
D、地表重力加速度为g=,卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度,故D错误
故选:A.
2012年6月18日,神舟九号飞船与天宫一号交会对接.若飞船与天宫一号都在各自的轨道做匀速圆周运动,下列说法正确的是(引力常量G已知)( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力
G=mr(
)2,得
M=
由飞船飞行的周期和轨道半径可以求出地球的质量,故A正确
B、漂浮在飞船返回舱内的宇航员做匀速圆周运动,处于失重状态,故B错误
C、根据万有引力提供向心力
G=mr(
)2,得
T=2π.
所以飞船的轨道半径比天宫一号大,飞船的周期也比天宫一号大.故C正确
D、根据万有引力提供向心力
G=mr(
)2,得
r==R+h
所以只要知道飞船飞行的周期,不能求出飞船离地面的高度.故D错误
故选AC.
如果已知万有引力常量G,地球的自转周期T,地球同步卫星的轨道半径r,那么,利用以上这些条件,能求出的物理量是( )
正确答案
解析
解:A、已知同步卫星的周期T,和轨道半径r,根据v=可以求得同步卫星的线速度,故A正确;
B、据万有引力提供圆周运动向心力有可得地球的质量M=
,故B正确;
C、由B分析知可求得地球质量,但未知地球半径故不能求出第一宇宙速度的大小,故C错误;
D、因为不知道地球半径,故仅由同步卫星的轨道半径不能求出同步卫星距地面的高度,故D错误.
故选:AB.
两颗人造地球卫星A、B的轨道半径之比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=______.
正确答案
:1
9:1
解析
解:两颗人造地球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
F==m
=ma
线速度为:v=,加速度为:a=
,
两颗人造地球卫星A、B的轨道半径之比为:rA:rB=1:3,
则此时它们的线速度之比为:vA:vB=:1,
向心加速度之比为:aA:aB=9:1.
故答案为::1,9:1
设地球半径为R,a为静止在地球赤道上的一个物体,b为一颗近地绕地球做匀速圆周运动的人造卫星,c为地球的一颗同步卫星,其轨道半径为r.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、地球赤道上的物体与同步卫星具有相同的角速度,所以ωa=ωc,根据v=rω,a与c的线速度大小之比为,故A正确,B错误.
CD、根据得:T=2π
,故b的周期与c的周期之比为
,故C错误、D正确.
故选:AD.
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,将卫星送入同步圆轨道3.轨道1,2相切于Q点,轨道2,3相切于P点,如图所示.则卫星分别在1,2,3轨道上正常运行时,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据v=得卫星在轨道3上线速度小于卫星在轨道1上线速度,则A错误
B、卫星在轨道2上正常运行过程,由Q点运行至P点的过程中,引力做负功,则动能减小,势能增加,则B正确
C、由,可卫星在轨道2上运动一周的时间小于它在轨道3上运动一周的时间,则C正确
D、卫星运行时只受万有引力,加速度a=,所以卫星在轨道2上经过Q点时的加速度等于它在轨道3上经过Q点时的加速度,故D正确;
故选:BCD
两个做匀速圆周运动的物体,其质量之比为2:3,角速度之比为4:5,线速度之比为3:2,则它们的运动半径之比为______,向心加速度之比为______,所需向心力之比为______.
正确答案
15:8
6:5
4:5
解析
解:根据v=ωr,所以有:=
=
根据a=vω,得:=
根据F=ma,得:
故答案为:15:8,6:5,4:5.
我国在2010年实现探月计划--“嫦娥工程”.同学们也对月球有了更多的关注.
(1)若已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,月球绕地球运动的周期为T,月球绕地球的运动近似看做匀速圆周运动,试求出月球绕地球运动的轨道半径;
(2)若宇航员随登月飞船登陆月球后,在月球表面某处以速度v0竖直向上抛出一个小球,经过时间t,小球落回抛出点.已知月球半径为R,万有引力常量为G,试求出月球的质量M月.
正确答案
解:(1)令地球质量为M,则根据万有引力定律和向心力公式有:
…①
在地球表面重力与有引力相等有:
…②
由②式得地球质量为:M=
代入①可得月球轨道半径为:r=
(2)设月球表面处的重力加速度为g′,根据题意:
得:t=…③
又g′=…④
解③④得:M月=
答:(1)月球绕地球运动的轨道半径是;
(2)月球的质量M月为.
解析
解:(1)令地球质量为M,则根据万有引力定律和向心力公式有:
…①
在地球表面重力与有引力相等有:
…②
由②式得地球质量为:M=
代入①可得月球轨道半径为:r=
(2)设月球表面处的重力加速度为g′,根据题意:
得:t=…③
又g′=…④
解③④得:M月=
答:(1)月球绕地球运动的轨道半径是;
(2)月球的质量M月为.
从地球上发射的两颗人造地球卫星A和B,绕地球做匀速圆周运动的半径之比为RA:RB=4:1,求它们的线速度之比和运动周期之比.
正确答案
解:卫星做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,则
联立解得=
根据知
答:线速度之比为,运动周期之比为8:1.
解析
解:卫星做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,则
联立解得=
根据知
答:线速度之比为,运动周期之比为8:1.
如图所示,A、B两颗质量相同的人造地球卫星分别在半径不同的轨道上绕地球作匀速圆周运动,则( )
正确答案
解析
解:万有引力提供卫星圆周运动的向心力即:
A、知半径大的卫星周期大,故A错误;
B、知半径小的运行速率大动能大,故B正确;
C、因为卫星质量相同,b的轨道高,所以b的势能大于a的势能,故C错误;
D、知轨道半径小的卫星向心加速度大,故D错误.
故选B.
2008年9月我国成功发射了“神州七号”载人飞船.为了观察“神舟七号”的运行和宇航员仓外活动情况,飞船利用弹射装置发射一颗“伴星”.伴星经调整后,和“神舟七号”一样绕地球做匀速圆周运动,但比“神舟七号”离地面稍高一些,如图所示,那么( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力:
可得:
A、,伴星的半径大故周期大,所以A正确;
B、,知伴星的半径大,线速度小,所以B错误;
C、,知伴星的半径大,角速度小,所以C错误;
D、,知伴星的半径大,向心加速度小,所以D正确.
故选:AD
(2015秋•绵阳校级月考)如图所示,为“高分一号”与北斗导航系统两颗卫星“G1”和“G2”在空中某一面内运动的示意图.“北斗”系统中两颗卫星“G1”和“G2”以及“高分一号”卫星均可认为绕地心O做匀速圆周运动.卫星“G1”和“G2”的轨道半径为r,某时刻两颗工作卫星分别位于轨道上的A、B两位置,“高分一号”卫星在C位置.若卫星均沿顺时针运行,地球表面处的重力加速度为g,地球的半径为R,∠AOB=60°,不计卫星间的相互作用力.则以下中说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力,得a=
.而GM=gR2.所以卫星的加速度a=
.故A错误.
B、“高分一号”卫星加速,将做离心运动,轨道半径变大,速度变小,路程变长,运动时间变长,故如果调动“高分一号”卫星快速到达B位置的下方,必须对其减速,故B错误.
C、根据万有引力提供向心力=mω2r,得
.所以卫星1由位置A运动到位置B所需的时间t=
.故C正确.
D、“高分一号”是低轨道卫星,其所在高度有稀薄气体,克服阻力做功,运行一段时间后,高度会降低,速度增大,机械能减小.故D错误.
故选:C
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