- 万有引力与航天
- 共16469题
2007年10月31日,“嫦娥一号”卫星在近地点600km处通过发动机短时点火,实施变轨.变轨后卫星从远地点高度12万余公里的椭圆轨道进入远地点高度37万余公里的椭圆轨道,直接奔向月球.若地球半径为6400km,地面重力加速度取9.8m/s2,估算卫星在近地点变轨后瞬间的加速度约为( )
正确答案
解析
解:卫星在近地点变轨后瞬间,由G=ma ①
在地球表面上,有G=m′g ②
由①:②得:a==
×10≈8m/s2.
故选:B.
某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,实施变轨后卫星的线速度减小到原来的,此时卫星仍做匀速圆周运动,则( )
正确答案
解析
解:卫星绕地球做圆周运动万有引力提供圆周运动向心力有:
可得线速度,可知线速度减为原来的
时,半径增加为原来的4倍,故D正确;
向心加速度知,半径增加为原来的4倍,向心加速度减小为原来的
,故A错误;
周期T=知,半径增加为原来的4倍,周期增加为原来的8倍,故C正确;
角速度知,半径增加为原来的4倍,角速度减小为原来的
倍,故B错误.
故选:CD.
一卫星在地面的质量为m,在地面的重力为mg,在距地面高为地球半径R的轨道上做匀速圆周运动时,卫星的质量、向心加速度及线速度分别是多少?
正确答案
解:质量是物体的固有属性,故卫星的质量为m不变.
根据万有引力提供向心力,得a=
在地球表面的物体受到的重力等于万有引力,得GM=R2g
所以a==
根据万有引力提供向心力,得v=
=
=
答:卫星的质量为m,卫星的向心加速度为,线速度为
.
解析
解:质量是物体的固有属性,故卫星的质量为m不变.
根据万有引力提供向心力,得a=
在地球表面的物体受到的重力等于万有引力,得GM=R2g
所以a==
根据万有引力提供向心力,得v=
=
=
答:卫星的质量为m,卫星的向心加速度为,线速度为
.
假设地球和火星都绕太阳做匀速圆周运动,已知地球到太阳的距离小于火星到太阳的距离,那么( )
正确答案
解析
解:行星绕太阳做匀速圆周运动,由万有引力提供向心力,则有:
G=m
=m
r=mω2r=ma
则得:v=,T=2π
,ω=
,a=
由此可知,行星的轨道半径越大,线速度越小、周期越大、角速度最小、加速度越小,由于地球到太阳的距离小于火星到太阳的距离,所以地球公转的线速度、角速度、加速度都大于火星公转的线速度、角速度、加速度,地球公转的周期小于火星的公转周期,故ABD错误,C正确.
故选:C
中国载人航天取得举世瞩目的成绩,在不久的将来中国人将登上月球.设想中国某宇航员在月球表面附近做简单实验,以初速度v0竖直向上抛出一个小球,经时间t后回到出发点.已知月球的半径为R.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、根据竖直上抛运动规律可知,月球表面的重力加速度g=,故A错误;
B、在月球表面重力与万有引力相等有,可得月球质量M=
=
,故B正确;
C、据万有引力提供圆周运动向心力可知,卫星的最大运行速度v==
,故C错误;
D、绕月球表面匀速飞行的卫星的周期T=,故D错误;
故选:B.
一艘宇宙飞船飞近某一新发现的行星,并进入靠近该行星表面的圆形轨道绕行数圈后,着陆在该行星上.飞船上备有以下实验器材:①精确秒表一只;②已知质量为m的物体一个;③弹簧秤一个.若宇航员在绕行时及着陆后各作了一次测量,依据测量数据,可求出该星球的半径R及星球的质量M(已知万有引力常量为G,忽略行星的自转).
(1)宇航员两次测量的物理量分别应是______
(2)用所测数据求出该星球的半径R表达式______;质量M的表达式______.
正确答案
解:(1)用停表测出飞船在靠近行星的轨道上运行的周期T,用弹簧秤测出着陆后质量为m的物体的重力F.
(2)根据万有引力提供向心力,
又万有引力等于重力
联立解得,
.
故答案为:(1)飞船在靠近行星的轨道上运行的周期T、着陆后质量为m的物体的重力F.
(2);
解析
解:(1)用停表测出飞船在靠近行星的轨道上运行的周期T,用弹簧秤测出着陆后质量为m的物体的重力F.
(2)根据万有引力提供向心力,
又万有引力等于重力
联立解得,
.
故答案为:(1)飞船在靠近行星的轨道上运行的周期T、着陆后质量为m的物体的重力F.
(2);
如图所示,是某次发射人造卫星的示意图,人造卫星先在近地圆周轨道1上运动,然后改在椭圆轨道2上运动,最后在圆周轨道3上运动,a点是轨道1、2的交点,b点是轨道2、3的交点,人造卫星在轨道1上的速度为v1,在轨道2上a点的速度为v2a,在轨道2上b点的速度为v2b,在轨道3上的速度为v3,则以上各速度的大小关系是( )
正确答案
解析
解:卫星在轨道1和轨道3上做匀速圆周运动,根据卫星的速度公式v=分析可知,轨道半径越小,卫星的速度越大,则有v1>v3.
卫星在轨道2上做椭圆运动,根据开普勒定律得知,v2a>v2b.
卫星从轨道1变轨到轨道2,在a点加速,则有v2a>v1.
卫星从轨道2变轨到轨道3,在b点加速,则有v3>v2b.
所以v2a>v1>v3>v2b.
故选:C
2008年9月25日至28日,我国成功实施了“神舟”七号载人航天飞行并实现了航天员首次出舱.飞船先沿椭圆轨道飞行,后在远地点343千米处点火加速,由椭圆轨道变成高度为343千米的圆轨道,在此圆轨道上飞船运行周期约为90分钟.下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、飞船变轨前后通过椭圆轨道远地点时的加速度均为万有引力加速度,
据a=可知,轨道半径一样则加速度一样,故A错误.
B、根据开普勒第二定律,飞船在远地点速度小于近地点的速度,
飞船在椭圆轨道远地点需加速,使得万有引力等于向心力,变轨到圆轨道上做匀速圆周运动,所以飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时的速度小于变轨后沿圆轨道运动的速度,故B正确;
C、因为飞船在圆形轨道上的周期为90分钟小于同步卫星的周期,根据ω=可知角速度与周期成反比,所以飞船在此圆轨道上运动的角度速度大于同步卫星运动的角速度,故C正确;
D、飞船在圆轨道上时,航天员出舱前后,航天员所受地球的万有引力提供航天员做圆周运动的向心力,航天员此时的加速度就是万有引力加速度,即航天员出舱前后均处于完全失重状态,故D正确;
故选:BCD.
如图,“神舟八号”与“天宫一号”在离地面三百多公里的同一轨道上绕地球做匀速圆周运动时( )
正确答案
解析
解:A、卫星绕地球做匀速圆周运动时,由地球的万有引力提供向心力,则得:
G=mr
,
得:T=.则知轨道半径相等,周期必定相同.故A正确.
B、“神舟八号”与“天宫一号”都绕地球做匀速圆周运动,速度时刻在变化,合力不为零,所以都处于非平衡状态.故B错误.
C、向心力等于万有引力,由公式F=G,可知:由于“神舟八号”与“天宫一号”的质量关系未知,不能比较向心力的大小.故C错误.
D、根据G=m
,
解得:v=.
轨道半径越小,线速度越大,第一宇宙速度对应卫星轨道半径等于地球的半径,则知神舟八号和天宫一号的飞行速度小于第一宇宙速度.故正确.
故选:AD
据报道,我国将于2011年上半年发射“天宫一号”目标飞行器,2011年下半年发射“神舟八号”飞船并与“天宫一号”实现对接.某同学得知上述消息后,画出“天宫一号”和“神舟八号”绕地球做匀速圆周运动的假想图如图所示,A代表“天宫一号”,B代表“神舟八号”,虚线为各自的轨道.由此假想图,下列判断正确的是( )
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:
F=F向
F=G
F向=m=mω2r=m(
)2r
因而:
G=m
=mω2r=m(
)2r=ma
解得:
v= ①
T==2π
②
ω= ③
a= ④
由“神舟八号”的轨道半径比“天宫一号”的轨道半径小知“天宫一号”的v、ω、a比“神舟八号”的小,周期T比“神州八号”的大;
低轨道上的卫星可以通过加速变到高轨道上实现和高轨道上物体对接.
故选:D.
一颗距离地面高度等于地球半径R0的圆形轨道地球卫星,卫星轨道平面与赤道平面重合,已知地球表面重力加速度为g.
(1)求出:卫星绕地心运动周期T;
(2)设地球自转周期为T0,该卫星圆周运动方向与地球自转方向相同,则在赤道上一点的人能连续接收到该卫星发射的微波信号的时间是多少?如图中,赤道上的人在B1点时恰可收到在A1点的卫星发射的微波信号.
正确答案
解:(1)在地球表面的物体受到的重力等于万有引力,得:GM=R2g
卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力:
解得:=
(2)设赤道的人能连续看到卫星的时间为t,则:
所以
将(2)中T代入得:t=
答:(1)卫星绕地心运动周期T为;
(2)在赤道上某点的人能连续看到该卫星的时间是.
解析
解:(1)在地球表面的物体受到的重力等于万有引力,得:GM=R2g
卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力:
解得:=
(2)设赤道的人能连续看到卫星的时间为t,则:
所以
将(2)中T代入得:t=
答:(1)卫星绕地心运动周期T为;
(2)在赤道上某点的人能连续看到该卫星的时间是.
我国已在2007年10月24日成功地发射了一颗探月卫星“嫦娥1号”.已知月球的质量为地球质量的,月球的半径为地球半径的
,地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s,则探月卫星“嫦娥1号”贴近月球表面运行时的速率约为( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力,
得:v=
,
在星球表面运行的卫星,轨道半径近似等于星球半径,即r=R
已知月球质量约为地球质量的,月球半径约为地球半径的
,地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s,
月球的第一宇宙速度和地球第一宇宙速度之比是,
则月球的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的倍,大约3.6km/s.
所以探月卫星绕月运行的速率约为1.8km/s.
故选:B
如图所示,A、B两颗行星绕同一颗恒星作匀速圆周运动,运转方向相同,A的周期为T1,B的周期为T2,在某一时刻,两行星相遇(即两行星相距最近),则( )
正确答案
解析
解:A、B、C多转动一圈时,两星再次相遇,有:
解得:
故AC错误,B正确;
D、多转动半圈时,第一次相距最远,有:
解得:
故D正确.
故选:BD.
设地球质量为m,地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,问:当人造卫星离海平面3R时,它所受到的地球引力是在地面时的多少倍?
正确答案
解:距海平面3R的卫星轨道半径r=4R,根据万有引力有:
在地球表面的万有引力F=
距海平面3R处所受万有引力=
=
=
即卫星所受地球引力是在地面时的.
答:当人造卫星离海平面3R时,它所受到的地球引力是在地面时的倍.
解析
解:距海平面3R的卫星轨道半径r=4R,根据万有引力有:
在地球表面的万有引力F=
距海平面3R处所受万有引力=
=
=
即卫星所受地球引力是在地面时的.
答:当人造卫星离海平面3R时,它所受到的地球引力是在地面时的倍.
两颗人造地球卫星A和B的轨道半径分别为RA和RB,则它们的运动速率vA和vB,角速度ωA和ωB,向心加速度aA和aB,运动周期TA和TB之间的关系为不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、人造卫星受到地球的万有引力提供向心力,即:,因此得:
,那么,选项A正确.
B、人造卫星受到地球的万有引力提供向心力,即:=mω2r,所以,ω=
,因此得:ωA:ωB=
,那么,选项B正确.
C、人造卫星受到地球的万有引力提供向心力,即:,所以,
,因此得:
,那么,选项C错误.
D、人造卫星受到地球的万有引力提供向心力,即:,因此得:
,那么,选项D正确.
本题选错误的,故选C
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