- 万有引力与航天
- 共16469题
如图所示,a,b是两颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星,它们距地面的高度分别是R和2R(R为地球半径).下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,则
=
=
=
,故A正确;
B、卫星做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
r,解得:T=2π
,周期之比:
=
=
=
,故B错误;
C、卫星做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=mω2r,解得:ω=
,角速度之比:
=
=
,故C正确;
D、卫星做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=ma,解得:a=
,加速度之比:
=
=
=
,故D正确;
故选:ACD.
假设站在赤道某地的人,恰能在日落后4h的时候,观察到一颗自己头顶上空被阳光照亮的人造地球卫星.若该卫星是在赤道所在平面做匀速圆周运动,又已知地球的同步卫星绕地球运行的轨道半径约为地球半径的6.0倍,试估算此人造地球卫星绕地球运行的周期.
正确答案
解:令地球的半径为R,据题意,日落4小时,地球自转的角度α=,卫星位置如图所示:
此卫星的轨道半径为r==2R,
同步卫星的周期为T同=24h,半径R同=6R
根据开普勒第三定律对于同步卫星有:
得该卫星的周期=
答:该卫星的周期为4.6h.
解析
解:令地球的半径为R,据题意,日落4小时,地球自转的角度α=,卫星位置如图所示:
此卫星的轨道半径为r==2R,
同步卫星的周期为T同=24h,半径R同=6R
根据开普勒第三定律对于同步卫星有:
得该卫星的周期=
答:该卫星的周期为4.6h.
(2015秋•顺德区校级月考)图甲所示的“轨道康复者”航天器可在太空中给“垃圾”卫星补充能源,延长卫星的使用寿命.图乙是“轨道康复者”在某次拯救一颗地球同步卫星前,二者在同一平面内沿相同绕行方向绕地球做匀速圆周运动的示意图,此时二者的连线通过地心、轨道半径之比为1:4.若不考虑卫星与“轨道康复者”之间的引力,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、图示轨道略高于近地轨道,由可得
,r越大,v越小,故“轨道康复者”的速度小于近地卫星的速度,即小于7.9km/s,故A正确;
B、由得:a=
,在图示轨道上,“轨道康复者”与地球同步卫星加速度之比为
,故B正确;
C、根据得:T=
,则“轨道康复者”与地球同步卫星周期之比为
,地球同步卫星周期T2=24h,则“轨道康复者”的周期为3h,故C错误;
D、“轨道康复者”应从图示轨道上加速后,轨道半径增大,与同步卫星轨道相交,则可进行对接,故D正确;
故选:ABD.
在圆轨道运动的质量为m的人造地球卫星,它到地面的距离等于地球半径R,已知地面上的重力加速度为g,则卫星运动的加速度为______,卫星的动能为______.
正确答案
解析
解:根据,g=
,卫星距离地心的距离为2R,则轨道上的重力加速度等于表面的重力加速度的
.轨道上的重力加速度与卫星的加速度相等,所以a=
.
根据m=
,解得
.
故答案为:,
.
“神舟”四号无人飞船在酒泉卫星发射中心用长征二号运载火箭发射升空,飞船按计划进入预定轨道,用时t秒绕地球运行了n圈后,安全返回地面,这标志着我国航天技术达到新的水平,已知地球半径为R,地面重力加速度为g,试求飞船绕地球飞行时离地面的高度.
正确答案
解:飞船在圆轨道上运动的周期T= …①
设地球和飞船质量分别为M和m,飞船距地面的高度为h,则有=
②
根据万有引力等于重力得:
GM=gR2 ③
由①②③得h=-R
答:飞船在圆形轨道上绕地球飞行时离地面的高度是-R.
解析
解:飞船在圆轨道上运动的周期T= …①
设地球和飞船质量分别为M和m,飞船距地面的高度为h,则有=
②
根据万有引力等于重力得:
GM=gR2 ③
由①②③得h=-R
答:飞船在圆形轨道上绕地球飞行时离地面的高度是-R.
我国于2007年成功发射“嫦娥一号”月球探测卫星并对月球进行了扫描拍照,2009年3月,完成科学探测任务的嫦娥一号卫星在控制下成功撞击月球.用d表示月球的直径,g表示月球表面重力加速度,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:在月球表面的物体受到的重力等于万有引力:即:G=mg,解得:GM=
gd2;嫦娥一号卫星绕月球做圆周运动,万有引力提供向心力;
A、由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
=
,由于卫星的轨道半径大于
,则“嫦娥一号”环绕月球做圆周运动的速度小于
,故A错误;
B、由牛顿第二定律得:G=m
r=,解得:T=2π
=2π
,由于卫星的轨道半径大于
,则“嫦娥一号”绕月球一周的时间不少于π
,故B正确;
C、要使轨道上的“嫦娥一号”撞击月球,嫦娥一号卫星的轨道半径要减小,卫星要做向心运动,卫星做圆周运动的向心力应小于同一轨道上的万有引力,卫星线速度要减小,卫星要做减速运动,故C正确;
D、“嫦娥一号”撞向月球的过程中,卫星上的工作器材处于失重状态,故D错误;
故选:BC.
由于轨道调整的需要,“嫦娥二号”绕月做圆周运动的半径减小,则它的( )
正确答案
解析
解:根据得,
a=,v=
,
,轨道半径越小,加速度越大,线速度越大,周期越小,向心力越大.故B、D正确,A、C错误.
故选BD.
启动卫星的发动机使其速度增大,待它运动到距离地面的高度比原来大的位置,再定位使它绕地球做匀速圆周运动,成为另一轨道上的卫星,该卫星后一轨道与前一轨道相比( )
正确答案
解析
解:卫星在向高轨道运动时,轨道半径增加;但仍然是万有引力充当向心力,
=mω2r=m
=ma
A、ω=,轨道半径增大,所以角速度减小,故A错误;
B、a=,轨道半径增大,所以加速度减小,故B错误.
C、T=2π,轨道半径增大,所以周期增大,故C正确,D错误
故选:C.
(2016•黔东南州模拟)2015年9月20日7时01分,我国新型运载火箭--被誉为“卫星快递员”的“长征六号”在太原卫星发射中心点火发射,成功将20颗微小卫星送入太空,创造了中国航天一箭多星发射的新纪录,再次彰显了中国航天科技的实力.如图所示的A、B、C为“长征六号”所投递的三颗在同一轨道平面上的质量不同的人造地球卫星,已知三颗卫星的质量分别为mA,mB,mC,且mA>mB>mC,三颗卫星环绕运行的轨道半径分别为rA,rB,rC,且rA<rB<rC,地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,万有引力常量为G.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:由题意知,根据万有引力提供圆周运动向心力有:
=ma
A、卫星运动的周期T=,由于,所以.故A正确;
B、卫星的运动速度:,由于,所以.故B错误;
C、卫星运动的加速度:,由于,所以.故C错误;
D、若rA=R,在地球表面有:
可得GM=gR2
所以:vA=.故D正确.
故选:AD
发射地球卫星时,先将卫星发射到近地圆轨道1,然后经点火使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入圆轨道3.轨道1与2相切于Q点,轨道2与3相切于P点,如图所示,则当卫星分别在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、第一宇宙速度7.9km/s是近地轨道卫星圆周运动的速度,
根据v=得卫星在轨道3上的速率小于8km/s,故A错误;
B、同步卫星周期是24h,所以卫星在轨道3上的周期可能为24h,故B正确;
C、从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ,卫星在Q点是做逐渐远离圆心的运动,要实现这个运动必须使卫星所需向心力大于万有引力,所以应给卫星加速,增加所需的向心力.所以在轨道Ⅱ上Q点的速度大于轨道上ⅠQ点的速度.故C正确.
D、根据开普勒第三定律得轨道半径或半长轴越大,周期越大,故卫星在轨道2上运动的周期小于它在轨道3上运动的周期,故D正确.
故选:BCD.
人造地球卫星在距地球表面高度等于地球半径3倍处做匀速圆周运动.已知地球半径为R=6400km,地球表面的重力加速度为g=10m/s2,求:
(1)卫星运动的线速度
(2)卫星围绕地球做匀速圆周运动的周期.
正确答案
解:(1)根据万有引力提供向心力得:=m
又mg=
联立两式解得:v==4×103m/s,
(2)周期T==16π
=4×108s.
答:(1)卫星的线速度是4×103m/s.
(2)卫星围绕地球做匀速圆周运动的周期为4×108s.
解析
解:(1)根据万有引力提供向心力得:=m
又mg=
联立两式解得:v==4×103m/s,
(2)周期T==16π
=4×108s.
答:(1)卫星的线速度是4×103m/s.
(2)卫星围绕地球做匀速圆周运动的周期为4×108s.
假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍,仍做圆周运动,则( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有可知:
A、当轨道半径增大到原来2倍时,,角速度变为原来的
,故A错误;
B、当轨道半径增大到原来2倍时,F=,可知向心力减小为原来的
,故B错误;
C、根据万有引力提供圆周运动向心力由万有引力公式F=G,可知地球提供的向心力将减小到原来的
,故C正确;
D、根据万有引力提供圆周运动向心力v=,可知卫星运动的线速度减小为原来的
倍,故D正确.
故选:CD.
如图,地球赤道正上空有两颗卫星,其中a为地球同步卫星,轨道半径为r,b卫星的轨道半径是同步卫星轨道半径的
,从图示时刻开始计时,在一昼夜内,两颗卫星相距最近的次数为( )
正确答案
解析
解:设地球的质量为M,绕地球运动的卫星的质量为m,轨道半径为R,周期为T,则有
G=m
R
则得 T=2π
可得b、a两卫星的周期之比为 =
=
=
Tb=
a卫星是地球的同步卫星,其周期等于地球自转的周期.
设当两者相距最近开始到再次相距最近时,最少的时间应该满足下式:t-
t=2π
则得 t=
所以从图示时刻开始计时,在一昼夜内,两颗卫星相距最近的次数为 n==3(次)
故选:B.
2012年6曰18日神州九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地面343km的近圆轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接,对接轨道所处的空间存在极稀薄的大气,则( )
正确答案
解析
解:A、又第一宇宙速度为最大环绕速度,天宫一号的线速度一定小于第一宇宙速度.故A错误;
B、根据万有引力提供向心力有:可得线速度v=
得轨道高度降低,卫星的线速度增大,故动能将增大,所以B正确;
C、C、卫星本来满足万有引力提供向心力即,由于摩擦阻力作用卫星的线速度减小,提供的引力大于卫星所需要的向心力故卫星将做近心运动,即轨道半径将减小,故C正确;
D、失重状态说明航天员对悬绳或水平支持物体的压力为0,而地球对它的万有引力提供它随天宫一号围绕地球做圆周运动的向心力,所以D错误.
故选:BC.
绕地球作匀速圆周运动的人造地球卫星,由于阻力,半径减小,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力得:
=m
r=m
=ma=mω2r,
A、v=,轨道半径减小,则线速度增大,故A正确;
B、ω=,轨道半径减小,则角速度越大,故B错误;
C、a=,轨道半径减小,则加速度变大,故C正确;
D、T=2π,轨道半径减小,则周期变小,故D正确;
故选:ACD.
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