- 万有引力与航天
- 共16469题
两个人造卫星的质量分别为m1和m2,绕地球运动的轨道半径是r1和r2,若它们只受到地球引力的作用,分别求这两个人造卫星运动的环绕速度之比、周期之比和向心加速度之比.
正确答案
解:卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,得:
=m
=ma=m
r
v=,绕地球运动的轨道半径是r1和r2,所以这两个人造卫星运动的环绕速度之比是
,
T=2π,绕地球运动的轨道半径是r1和r2,所以这两个人造卫星运动的周期之比是
,
a=,绕地球运动的轨道半径是r1和r2,所以这两个人造卫星运动的向心加速度之比是
,
答:这两个人造卫星运动的环绕速度之比、周期之比和向心加速度之比分别是、
和
.
解析
解:卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,得:
=m
=ma=m
r
v=,绕地球运动的轨道半径是r1和r2,所以这两个人造卫星运动的环绕速度之比是
,
T=2π,绕地球运动的轨道半径是r1和r2,所以这两个人造卫星运动的周期之比是
,
a=,绕地球运动的轨道半径是r1和r2,所以这两个人造卫星运动的向心加速度之比是
,
答:这两个人造卫星运动的环绕速度之比、周期之比和向心加速度之比分别是、
和
.
两颗人造卫星的质量之比m1:m2=1:2,轨道半径之比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;
(3)两颗卫星运行的周期之比.
正确答案
解:(1)根据万有引力充当向心力,
F==m
=m
r
两颗人造卫星的质量之比m1:m2=1:2,轨道半径之比R1:R2=3:1.
两颗卫星运行的向心力之比为1:18.
(2)线速度v=,
轨道半径之比R1:R2=3:1.
两颗卫星运行的线速度之比为1:,
(3)周期T=2π,
轨道半径之比R1:R2=3:1.
两颗卫星运行的周期之比为3:1,
答:(1)两颗卫星运行的向心力之比为1:18.
(2)两颗卫星运行的线速度之比为1:;
(3)两颗卫星运行的周期之比3:1.
解析
解:(1)根据万有引力充当向心力,
F==m
=m
r
两颗人造卫星的质量之比m1:m2=1:2,轨道半径之比R1:R2=3:1.
两颗卫星运行的向心力之比为1:18.
(2)线速度v=,
轨道半径之比R1:R2=3:1.
两颗卫星运行的线速度之比为1:,
(3)周期T=2π,
轨道半径之比R1:R2=3:1.
两颗卫星运行的周期之比为3:1,
答:(1)两颗卫星运行的向心力之比为1:18.
(2)两颗卫星运行的线速度之比为1:;
(3)两颗卫星运行的周期之比3:1.
随着我国登月计划的顺利实施,我国宇航员的脚步踏上月球将不再是梦想.如果一位站在月球表面的宇航员将一小球以速度v(远小于月球的第一宇宙速度)从距月球表面高为h处水平抛出,测得小球落到月球表面时速度大小为v.通过查阅资料知道月球的半径为R,引力常量为G,设物体只受月球引力的作用.求:
(1)小球在空中运动的时间t;
(2)月球的质量M和月球的第一宇宙速度v1;
(3)距月球表面高H处的探月卫星绕月球做圆周运动的向心加速度大小.
正确答案
解:(1)根据动能定理可得:
可得月球表面的重力加速度为:g=
根据平抛运动规律可知,在竖直方向有:
gt=
代入重力加速度g,可得:t=
(2)在月球表面重力与万有引力相等有:
可得月球的质量为:M==
第一宇宙速度是绕月球表面飞行的卫星的速度,根据万有引力提供圆周运动向心力有:
可得月球的第一宇宙速度为:v1==
(3)离月球表面H处的向心加速度满足:
所以有:an==
答:(1)小球在空中运动的时间t为;
(2)月球的质量M和月球的第一宇宙速度v1为;
(3)距月球表面高H处的探月卫星绕月球做圆周运动的向心加速度大小为.
解析
解:(1)根据动能定理可得:
可得月球表面的重力加速度为:g=
根据平抛运动规律可知,在竖直方向有:
gt=
代入重力加速度g,可得:t=
(2)在月球表面重力与万有引力相等有:
可得月球的质量为:M==
第一宇宙速度是绕月球表面飞行的卫星的速度,根据万有引力提供圆周运动向心力有:
可得月球的第一宇宙速度为:v1==
(3)离月球表面H处的向心加速度满足:
所以有:an==
答:(1)小球在空中运动的时间t为;
(2)月球的质量M和月球的第一宇宙速度v1为;
(3)距月球表面高H处的探月卫星绕月球做圆周运动的向心加速度大小为.
2010年10月1日,“嫦娥二号”卫星在西昌卫星发射中心成功发射,标志着我国航天事业又取得巨大成就.卫星发射过程中,假设地~月转移轨道阶段可以简化为:绕地球做匀速圆周运动的卫星,在适当的位置P点火,进入Q点后被月球俘获绕月球做匀速圆周运动,已知月球表面重力加速度为g,月球半径为R,“嫦娥二号”绕月球做匀速圆周运动的轨道半径为r,从发射“嫦娥二号”到在绕月轨道上正常运行,其示意图如图所示,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在Q点启动火箭向运动方向喷气,使“嫦娥二号”做向心运动,才能使之到在绕月轨道上运行.故A正确;
B、“嫦娥二号”在P点变轨时,启动火箭向后喷气,使之做离心运动,才能逐渐脱离地球的引力束缚.故B错误.
C、设月球的质量为M,卫星的质量为m,“嫦娥一号”在绕月轨道上运行时,由月球的万有引力提供向心力,
则有:G=m
,在月球表面的物体:G
=mg,联立解得,v=
,故C错误,D正确.
故选:AD.
2008年9月25日我国利用“神舟七号”飞船将航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏成功送入太空,神舟七号飞船成功变轨,由原来的椭圆轨道变为距地面高度为h的圆形轨道.已知飞船的质量为m,地球半径为R,地面处的重力加速度为g,引力常量为G,由以上数据可推知( )
正确答案
解析
解:失重不是物体失去地球的引力,故A错误;
地球表面物体所受万有引力等于物体的重力故有:
①
飞船绕地球圆周运动时万有引力提供圆周运动的向心力有: ②
由①得GM=gR2代入②得:
整理得:T=,故B正确;
飞船在圆轨道上运行时的动能代入T=
得:
,故C正确;
令地球的密度为ρ,则地球的质量为M=
又有:得:
⇒
,故D正确.
故选BCD.
人造卫星绕地球只受地球的引力,做匀速圆周运动,其轨道半径为r,线速度为v,周期为T.为使其周期变为8T,可采用的方法有( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力,,保持轨道半径不变,则线速度的大小不变.故A、D错误.
B、根据得,T=
,轨道半径增大为4r,则周期增大为8T,与卫星的质量无关.故B正确.
C、根据得,T=
,轨道半径增大为8r,则周期增大为16
T.故C错误.
故选:B.
某颗人造地球卫星在赤道平面上空绕地球做匀速圆周运动,当太阳光直射赤道时,该卫星持续被太阳光照亮时间与太阳光持续照射不到该卫星的时间之比为5:1.已知地球半径为R,地球表面处的重加速度为g,不考虑大气对光的折射.求:
(1)卫星离地面的高度h;
(2)卫星绕地心运动的周期T.
正确答案
解:设地球同步卫星的轨道半径为r,离地高度为h,则:
r=R+h①
该卫星持续被太阳光照亮时间与太阳光持续照射不到该卫星的时间之比为5:1,如图可得:
∠AOB=60°
根据对称性结合三角函数关系得:cos60°=
故h=R②
(2)地球表面出有一质量为m物体,由重力约等于万有引力得;
mg=③
设卫星质量为m1,由万有引力提供向心力,有:
=
④
联立①②③④解得:T=4π
答:(1)卫星离地面的高度为R
(2)卫星绕地心运动的周期为4
解析
解:设地球同步卫星的轨道半径为r,离地高度为h,则:
r=R+h①
该卫星持续被太阳光照亮时间与太阳光持续照射不到该卫星的时间之比为5:1,如图可得:
∠AOB=60°
根据对称性结合三角函数关系得:cos60°=
故h=R②
(2)地球表面出有一质量为m物体,由重力约等于万有引力得;
mg=③
设卫星质量为m1,由万有引力提供向心力,有:
=
④
联立①②③④解得:T=4π
答:(1)卫星离地面的高度为R
(2)卫星绕地心运动的周期为4
我国的“嫦娥二号”卫星已于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,取得了圆满成功.这次发射与“嫦娥一号”大为不同,它是由火箭直接发射到地月转移轨道后被月球“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,在贴近月球表面的近月圆轨道上运行的周期为118分钟,又知道月球表面的重力加速度是地球表面重力加速度的,万有引力常量为G,地球表面重力加速度为g=10m/s2,仅利用以上数据可以计算出( )
正确答案
解析
解:卫星在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a=,已知T,a=
g,可求得月球的半径;
A、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A正确;
B、因为不知道嫦娥二号的质量,故无法求得月球对嫦娥二号的引力,故B错误;
C、根据万有引力等于向心力,得:G,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、根据万有引力提供圆周运动向心力可求得中心天体的质量,不可以求出环绕天体的质量,故D错误.
故选:AC.
我国发射的“北斗系列”卫星中同步卫星到地心距离为r,运行速率为v1,向心加速度为a1;在地球赤道上的观测站的向心加速度为a2,近地卫星做圆周运动的速率v2,向心加速度为a3,地球的半径为R,则下列比值正确的是( )
正确答案
解析
解:同步卫星和地球赤道上的观测站具有相同的角速度,根据a=rω2,.同步卫星和近地卫星都是绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力
,a=
,知
,则
.故A、B、C错误,D正确.
故选D.
2009年5月,航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后,在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,B为轨道Ⅱ上的一点,如图所示,关于航天飞机的运动,下列说法中正确的有( )
正确答案
解析
解:A、根据开普勒第二定律可知航天飞机在远地点的速度小于在近地点的速度,A错误.
B、当航天飞机在轨道Ⅱ上A点加速才能变轨到Ⅰ上,故在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在Ⅰ上经过A点的动能,B正确.
C、由开普勒第三定律=k知,在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期,故C错误.
D、由=ma可知,在轨道Ⅱ上经过A的加速度应等于在轨道Ⅰ上经过A的加速度,D错误.
故选B.
已知地球半径R、自转周期T、地球表面重力加速度g,则地球同步卫星的环绕速度为( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力得=
r=,①
根据地球表面万有引力等于重力得:
GM=gR2,②
由①②结合圆周运动公式得:
地球同步卫星的环绕速度v==
,
故选:C.
A、B两颗人造地球卫星的质量比为mA:mB=1:2,半径之比为 RA:RB=4:1则( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心,所以
,故A错误.
B、根据万有引力提供向心,得
,所以
,故B错误.
C、根据万有引力提供向心,得
,所以
,故C正确.
D、根据万有引力提供向心,得
,所以
,故D错误.
故选:C.
两颗行星A和B各有一颗卫星a和b,卫星轨道接近各自的行星表面,如果两行星质量之比为=p,两行星半径之比
=q,则两卫星周期之比
为( )
正确答案
解析
解:卫星做圆周运动时,万有引力提供圆周运动的向心力,则有:得:
∴两卫星运行周期之比=
故选D.
2013年12月2日凌晨1点30分,嫦娥三号由长征三号乙运载火箭从西昌卫星发射中心发射,飞行约5天,6号进入环月圆轨道,如图所示,若月球半径为R,月球表面重力加速度为g.
(1)嫦娥三号沿环月圆轨道运行速率为v,求嫦娥三号离月面的高度h?
(2)嫦娥三号在环月圆轨道上运行周期T?
正确答案
解:(1)设月球质量为M,嫦娥三号质量为m,嫦娥三号圆周运动的向心力由万有引力提供有:
①
在月球表面重力与万有引力相等有:
②
由①②两式解得h=
(2)嫦娥三号的半径为R+h,线速度为v,则其周期
T==
答:(1)嫦娥三号沿环月圆轨道运行速率为v,嫦娥三号离月面的高度h为;
(2)嫦娥三号在环月圆轨道上运行周期T为.
解析
解:(1)设月球质量为M,嫦娥三号质量为m,嫦娥三号圆周运动的向心力由万有引力提供有:
①
在月球表面重力与万有引力相等有:
②
由①②两式解得h=
(2)嫦娥三号的半径为R+h,线速度为v,则其周期
T==
答:(1)嫦娥三号沿环月圆轨道运行速率为v,嫦娥三号离月面的高度h为;
(2)嫦娥三号在环月圆轨道上运行周期T为.
北斗卫星导航系统(BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统,该系统将由35颗卫星组成,卫星的轨道有三种:地球同步轨道、中地球轨道和倾斜轨道.其中,同步轨道半径大约是中轨道半径的1.5倍,那么同步卫星与中轨道卫星的周期之比约为( )
正确答案
解析
解:同步轨道半径大约是中轨道半径的1.5倍,
根据开普勒第三定律=K得
=
所以同步卫星与中轨道卫星的周期之比约为()
,
故选:C.
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