- 万有引力与航天
- 共16469题
地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动,所受的向心力为F1,向心加速度为a1,线速度为v1,角速度为ω1;绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星(高度忽略)所受的向心力为F2,向心加速度为a2,线速度为v2,角速度为ω2;地球同步卫星所受的向心力为F3,向心加速度为a3,线速度为v3,角速度为ω3;地球表面重力加速度为g,第一宇宙速度为v,假设三者质量相等,则下列错误的是( )
正确答案
解析
解:A、根据题意三者质量相等,轨道半径r1=r2<r3
物体1与人造卫星2比较,由于赤道上物体受引力和支持力的合力提供向心力,而近地卫星只受万有引力,故F1<F2 ,故A错误;
B、由选项A的分析知道向心力F1<F2 ,故由牛顿第二定律,可知a1<a2,故B错误;
C、由A选项的分析知道向心力F1<F2 ,根据向心力公式F=m,由于m、R一定,故v1<v2,故C错误;
D、同步卫星与地球自转同步,故T1=T3,根据周期公式T=2π可知,卫星轨道半径越大,周期越大,故T3>T2,再根据ω=
,有ω1=ω3<ω2,故D正确;
本题选错误的故选ABC.
关于人造地球卫星和宇宙飞船,下列说法中错误的是( )
正确答案
解析
解:A、设地球的质量为M,卫星的质量m,轨道半径和周期分别为r和T,则有
,解得:M=
,即根据人造地球卫星的轨道半径、周期和万有引力常量,可以算出地球的质量.故A正确.
B、人造地球卫星速度公式v=,可见,卫星的速率与质量、形状无关,当它们的绕行速率v相等时,半径r相等,由周期T=
得到,周期T相同.故B正确.
C、原来在某一轨道上沿同一方向绕行的人造卫星一前一后,速率相同,前面卫星速率减小时,做近心运动,半径将减小,不可能与后一卫星碰撞.故C错误.
D、由速度公式v=,宇宙飞船的速率与其质量无关,宇航员从舱内慢慢走出,飞船的质量减小,但速率不变.故D正确.
本题选错误的
故选C
如图所示,三颗人造地球卫星的质量满足Ma=Mb<Mc,b与c半径相同,则( )
正确答案
解析
解:人造地球卫星受到地球的引力充当向心力,即F==m
=mrw2=ma=m
;
由公式可知:
A、线速度v=,即半径越大,线速度越小,故vb=vc<va,故A错误;
B、周期T=,半径越大,周期越大,故Tb=Tc>Ta,故B正确;
C、向心加速度a=,半径越大,向心加速度越小,故bc的加速度小于a的加速度,故C错误;
D、向心力F=,故相同质量下,半径越大,向心力越小;而相同半径下,质量越大,向心力越大,故b受到的向心力最小,故D错误;
故选:B.
1990年3月,紫金山天文台将1965年9月20日发现的一颗小行星命名为吴健雄星,直径为32km,如果该行星的密度与地球相同,则对该小行星来说,其上物体的第一宇宙速度约为多少?(已知地球半径为6400km,地球上第一宇宙速度为7.9km/s)
正确答案
解:已知地球半径为R=6400km,地球上第一宇宙速度为V=7.9km/s,密度为ρ,吴健雄星半径r=16km,
根据万有引力提供向心力得:则有,M=ρ
πR3,
解得:=2R
①
吴健雄星其上物体的第一宇宙速度表达式为:v1=2r ②
把①②两式取比值得:v1==
=19.75m/s,即速度约为20m/s.
答:其上物体的第一宇宙速度约为20m/s.
解析
解:已知地球半径为R=6400km,地球上第一宇宙速度为V=7.9km/s,密度为ρ,吴健雄星半径r=16km,
根据万有引力提供向心力得:则有,M=ρ
πR3,
解得:=2R
①
吴健雄星其上物体的第一宇宙速度表达式为:v1=2r ②
把①②两式取比值得:v1==
=19.75m/s,即速度约为20m/s.
答:其上物体的第一宇宙速度约为20m/s.
一颗人造地球卫星距地面的高度为h,地球半径为R,地球表面处的重力加速度为g,求该卫星的线速度的大小.
正确答案
解:根据万有引力提供向心力得
G=m
在地球表面的物体受到的重力等于万有引力为
G=mg,得:GM=R2g
联立解得:v=
答:该卫星的线速度的大小是.
解析
解:根据万有引力提供向心力得
G=m
在地球表面的物体受到的重力等于万有引力为
G=mg,得:GM=R2g
联立解得:v=
答:该卫星的线速度的大小是.
(2015秋•桐城市校级月考)1984年我国第一颗试验同步卫星发射成功到2003年神舟五号载人飞行,我国的航天事业实现了两次质的飞跃.神舟五号历经21 小时27分37秒,绕地球运行14圈安全着陆,神舟五号与同步卫星相比( )
正确答案
解析
解:C、根据得,T=
,由题意知,同步卫星的周期大于神舟五号的周期,则同步卫星的轨道半径大于神舟五号的轨道半径,得知神舟五号比较同步卫星离地高度小,故C错误.
AB、根据得,a=
,v=
,同步卫星的轨道半径大,则同步卫星的加速度小,速度小,故A错误,B正确.
D、同步卫星的轨道平面在赤道的上空,与神舟五号不在同一轨道平面内,故D错误.
故选:B.
质量为m的卫星在距地面高为R处绕地球做匀速圆周运动,已知地球表面处的重力加速度为g,地球半径为R,则该卫星的线速度大小为______,其加速度是与g的比值是______.
正确答案
解:在地球表面重力与万有引力相等有,卫星的向心力由万有引力提供有
解得:v=
根据及
解得:
,即
故答案为:;
解析
解:在地球表面重力与万有引力相等有,卫星的向心力由万有引力提供有
解得:v=
根据及
解得:
,即
故答案为:;
已知地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍.一飞行器绕地球做匀逮圆周运动的周期为3小时.若地球半径为R,则该飞行器绕地心飞行的轨道半径最接近( )
正确答案
解析
解:将开普勒第三定律用到地球系统,所有的卫星的轨道半径的三次方与公转周期的平方的比值都相等,故:
解得:R飞=≈1.7R
故选:B.
我国将于2007年底发射第一颗环月卫星用来探测月球.探测器先在近地轨道绕地球3周,然后进入月球的近月轨道绕月飞行,已知月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度的,月球半径约为地球半径的
,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、忽略星球的自转,则有万有引力等于物体的重力,
当卫星贴近星球表面圆周运动运动时有:,解得:T=
=
,
已知月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度的,月球半径约为地球半径的
,
所以探测器绕月球做圆周运动的周期是绕地球做圆周运动的周期的倍,
即探测器在月球表面做圆周运动的周期比在地球表面大,故A错误.
B、忽略星球的自转则有万有引力等于物体的重力,当卫星贴近星球表面圆周运动运动时有向心加速度a=g.已知月球表面的重力加速度约为地球表面重力加速度的,所以“嫦娥一号”绕月球表面做圆周运动的向心加速度比绕地球表面做圆周运动的向心加速度小,故B错误.
C、忽略星球的自转则有万有引力等于物体的重力,当卫星贴近星球表面圆周运动运动时有:
得:
已知月球表面的重力加速皮为地球表面重力加速度的,月球半径约为地球半径的
,绕地球表面做圆周运动的速度等于7.9km/s,所以“嫦娥一号”绕月球表面做圆周运动的速度小于7.9km/s.故C正确.
D、忽略星球的自转则有万有引力等于物体的重力,即F=mg,已知月球表面的重力加速度约为地球表面重力加速度的,所以“嫦娥一号”在月球表面附近所受月球的万有引力小于在地球表面附近所受地球的万有引力,故D正确.
故选CD.
随着我国月球探测计划“嫦娥工程”的启动,科学家对月球的探索越来越深入.预计在2013年发射升空的“嫦娥三号”卫星,将不再采取多次变轨的方式,而是一直接飞往月球.已知地球的质量约为月球质量的81倍,地球半径约为月球半径的4倍,不考虑地球和月球自转的影响,则下列推断中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B对绕天体表面运行的卫星有:G=m
,得第一宇宙速度为v=
,
由题意,M地=81M月,R地=4R月
则得第一宇宙速度之比:v地:v月=9:2,故A正确,B错误.
C、D当“嫦娥三号”卫星受到地球引力和月球引力相等时,则有G=G
则得:r地卫:r月卫=9:1,故C正确,D错误.
故选AC
两个行星的质量分别为M1和M2,它们绕太阳运行的轨道可以当做半径为R1和R2的圆.假定它们只受到太阳的引力作用,则它们的向心加速度之比a1:a2=______,它们的运行周期之比T1:T2=______.
正确答案
R22:R12
解析
解:万有引力提供圆周运动向心力有:
可得向心加速度a=,可得
可得行星的周期T=,可得
故答案为:R22:R12;:
A、B两颗人造地球卫星,B卫星轨道半径小球A轨道半径,它们可以近似地认为绕地球做匀速圆周运动,如图所示,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动万有引力提供向心力.
A、据知线速度
,轨道半径大的线速度小,故A正确;
B、据知线速度
,轨道半径大的线速度小,故B错误;
C、万有引力公式,因不知道A、B卫星质量的大小关系,仅知半径大小关系无法判断万有引力的大小,故C不正确;
D、万有引力公式,因不知道A、B卫星质量的大小关系,仅知半径大小关系无法判断万有引力的大小,故D不正确.
故选:A.
甲、乙为两颗地球卫星,其中甲为地球同步卫星,乙的运行高度低于甲的运行高度,两卫星轨道均可视为圆轨道.以下判断正确的是( )
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
a= ③
由①②③式可以知道,人造卫星的轨道半径越大,线速度越小、周期越大,加速度越小,由于甲卫星的高度大,轨道半径大,故甲卫星的线速度小、周期大,加速度小;根据①式,第一宇宙速度是近地圆轨道的环绕速度,也是圆轨道运行的最大速度;
故选AC.
两颗人造地球卫星环绕地球做圆周运动,它们的质量之比是1:2,轨道半径之比是3:1,则它们绕地球运行的线速度之比是______;它们的向心力之比是______.
正确答案
1:
1:18
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==m
v=,轨道半径之比是3:1,
所以它们绕地球运行的线速度之比是1:,
F=,它们的质量之比是1:2,轨道半径之比是3:1,
所以它们的向心力之比是1:18,
故答案为:1:,1:18
比较距地高度为21500km的地球中轨道卫星甲和距地高度为36000km的地球同步轨道卫星乙,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:卫星绕地球圆周运动万有引力提供圆周运动向心力有:,所以:
A、周期T=知,甲卫星轨道半径小周期小,故A错误;
B、角速度知,甲卫星轨道半径小,角速度大,故B错误;
C、甲乙卫星虽然半径大小不同,但不知道质量的大小,若满足,两卫星受到地球的引力大小相等,故C正确;
D、同步卫星乙的角速度与地球自转角速度相同,根据a=rω2知,同步卫星的半径大,向心加速度大于地球上赤道处物体的向心加速度,故D错误.
故选:C.
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