- 万有引力与航天
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月球是地球唯一的天然卫星,其绕地运行的线速度大小为v1,角速度大小为ω1,轨道半径为r1,向心加速度大小为a1;地球同步卫星的线速度大小为v2,角速度大小为ω2,轨道半径为r2,向心加速度大小为a2.则下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:地球同步卫星的周期等于地球自转的周期,是24h,而月球的周期为1个月,所以月球的周期小于同步卫星的周期,根据开普勒第三定律知,月球的轨道半径比同步卫星的轨道半径大,即r1>r2.
由v=,得v1<v2.ω=
,知ω1<ω2.
由a=知,a1<a2.
故选:C.
轨道上运行卫星的半径越大,线速度越______,角速度越______,向心加速度越______,周期越______.
正确答案
小
小
小
大
解析
解:卫星圆周运动万有引力提供圆周运动向心力,有:由此式可得:
线速度,半径越大,线速度越小;
角速度,半径越大,角速度越小;
向心加速度a=,半径越大,向心加速度越小,
周期T=,半径越大,周期越大.
故答案为:小,小,小,大.
如图所示,极地卫星的运行轨道平面通过地球的南、北两极(轨道可视为圆轨道,图中外围虚线),若测得一个极地卫星从北纬30°的正上方,按图示方向(图中逆时针方向)第一次运行至南纬60°正上方时所用时间为t,已知:地球半径为R(地球可看做球体),地球表面的重力加速度为g,引力常量为G,由以上条件可以求出( )
正确答案
解析
解:A、卫星从北纬30°的正上方,第一次运行至南纬60°正上方时,刚好为运动周期的,所以卫星运行的周期为4t,故A正确;
B、知道周期、地球的半径,由,可以算出卫星距地面的高度,故B正确;
C、通过上面的公式可以看出,只能算出中心天体的质量,不能计算出卫星的质量,以及卫星受到的向心力.故C错误,D错误.
故选:AB.
如图所示,卫星在轨道I上绕地球做圆周运动,在P点实施变轨后在轨道Ⅱ上做椭圆轨道运动,Q是轨道Ⅱ上地球附近的点.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星从近地Q点开始做离心运动,在Q点所需向心力大于圆轨道上圆周运动的向心力,而据可知,卫星在Q点的速度大于近地圆轨道上卫星运动的线速度即第一宇宙速度,故A错误;
B、在P点都是由万有引力产生加速度,同在P点距地心距离相同,故加速度大小相等,故B正确;
C、卫星在在轨道上I运动要进入轨道II需要在P点减速,即发动机对卫星做负功,卫星的机械能减小,故卫星在轨道I上机械能大于在轨道II上的机械能,故C正确;
D、根据开普勒第二定律可知,卫星在近地点速度大,在远地点速度小,即卫星在从Q到P过程中,做向上的减速运动,处于失重状态,故D错误.
故选:BC.
我国发射的风云一号气象卫星是极地卫星,周期为12h.我国发射的风云二号气象卫星是地球同步卫星,周期是24h.与风云二号相比较,风云一号( )
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
ω= ④
同步卫星周期较大,根据②式,可得到同步卫星的半径较大;
再根据①③④式,可以得到同步卫星线速度较小、角速度较小、加速度较小;
由于卫星的质量未知,故无法比较引力的大小;
故选A.
A、B两颗地球卫星绕地球运转的周期之比为2:1,则( )
正确答案
解析
解:A、人造卫星绕地球做圆周运动受到的万有引力提供向心力得,
=
r=
周期之比为T1:T2=2:1,
则A.B的轨道半径之比为2:1,
根据v=得线速度之比为1:
,故A正确,B错误
C、由=ma得
a=
所以向心加速度之比为1:4,故C错误
D、无法判断A、B质量关系,故D错误
故选A.
2005年7 月4 日13 时52 分,美国宇航局“深度撞击”号探测器释放的撞击器“击中”目标--“坦普尔一号”彗星.假设“坦普尔一号”彗星绕太阳运行的轨道是一个椭圆,其轨道周期为5.74 年,则下列关于“坦普尔一号”彗星的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、根据开普勒第二定律可知近日点处线速度大于远日点处线速度,由ω=知:近日点处角速度大于远日点处角速度,故AB正确.
C、由万有引力表达式F=G,可知近日点的引力大,则其加速度大,故C错误.
D、根据开普勒第三定律可知:其椭圆轨道半长轴的立方与周期的平方之比是一个与太阳质量有关的常数.故D错误.
故选:AB.
2011年9月29日21时16分我国第一个空间实验室“天宫一号”发射升空,并成功进入约350公里的圆轨道,绕行485圈后,降轨至高度约为343公里的圆轨道.11月24日发射的在近地点200公里、远地点330公里的预定轨道飞行的“神舟八号”飞船与“天宫一号”成功对接.关于“天宫一号”与“神舟八号”的说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动的向心力:G=ma=m
=m
r得:
A、对接前神舟八号的轨道半径小于天宫一号的轨道半径R神<R天,故有T神<T天,故A正确;
B、天宫一号降轨前的轨道半径远小于同步卫星的轨道高度,故有v天>v同,故B错误;
C、因为卫星在高的轨道上有比低轨道上高的机械能,故向高轨道发射卫星难度大,发射速度要大,故天宫一号降轨后与降轨前相比,动能增大,势能减小,而整个机械能减小,故C错误;
D、飞船加速后会做离心运动,轨道高度将会更高,故神舟八号应该在较低轨道加速,通过离心运动抬高轨道实现与天宫一号的对接,故D错误.
故选:A.
人造卫星以地心为圆心,做匀速圆周运动,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有
AB、可得,
,半径越大线速度越小,周期越大,故A错误,B正确;
C、卫星的速度可知,半径不同卫星的线速度不同,故C错误;
D、卫星的角速度可知不同的半径对应不同的角速度,故D错误.
故选:B.
当一个做匀速圆周运动的人造卫星的轨道半径增大到原来的2倍时,则( )
正确答案
解析
解:A、C人造卫星做匀速圆周运动时,由万有引力提供向心力,则有G=m
,得r=
,故人造卫星的轨道半径增大到原来的2倍
时,线速度减小到原来的倍.故A错误,C正确.
B、D卫星所需向心力等于万有引力,即F向=G,人造卫星的轨道半径增大到原来的2倍时,卫星所需向心力减小到原来的
倍.故B错误,D正确.
故选CD
已知地球质量M=5.97×1024千克,半径R=6400千米,万有引力恒量G=6.67×10-11N•m2/kg2,求在离地面1000千米的高空沿圆形轨道运行的人造卫星的速度和周期.(保留2位有效数字)
正确答案
解:根据万有引力提供向心力得
=
代入数据得v=7.3×103m/s
根据圆周运动知识得
T==6.4×103s
答:人造卫星的速度是7.3×103m/s,周期是6.4×103s.
解析
解:根据万有引力提供向心力得
=
代入数据得v=7.3×103m/s
根据圆周运动知识得
T==6.4×103s
答:人造卫星的速度是7.3×103m/s,周期是6.4×103s.
如图所示,地球卫星a、b分别在椭圆轨道、圆形轨道上运行,椭圆轨道在远地点A处与圆形轨道相切,则( )
正确答案
解析
解:A、卫星a的半长轴小于卫星b的轨道半径,根据开普勒第三定律=k得
卫星a的运行周期比卫星b的运行周期短.故A正确;
B、卫星在轨道a上做椭圆运动,要过度到轨道b,在A点应该增大速度,做离心运动,
所以两颗卫星分别经过A点处时,a的速度小于b的速度,故B错误,D正确;
C、根据牛顿第二定律和万有引力定律得=ma
a=,所以两颗卫星分别经过A点处时,a的加速度等于于b的加速度,故C错误;
故选:AD.
两行星的质量分别为m1和m2,绕太阳运行的轨道半径分别是r1和r2,若它们只有万有引力作用,那么这两个行星的向心加速度之比为______.
正确答案
解析
解:万有引力提供行星圆周运动的向心力即:
可得行星的向心加速度a=,所以
=
故答案为:
2010年10月1日,嫦娥二号卫星发射成功.作为我国探月工程二期的技术先导星,嫦娥二号的主要任务是为嫦娥三号实现月面软着陆开展部分关键技术试验,并继续进行月球科学探测和研究.如图所示,嫦娥二号卫星的工作轨道是l00公里环月圆轨道I,为对嫦娥三号的预选着陆区--月球虹湾地区(图中B点正下方》进行精细成像,嫦娥二号在A点将轨道变为椭圆轨道II,使其近月点在虹湾地区正上方B点,距月面大约15公里.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、设月球表面为零势能面,根据重力势能的变化量和重力做功的关系△Ep=-mg月r可知,r越大,重力势能越大,所以嫦娥二号卫星在A点的势能大于在B点的势能,故A正确;
B、根据万有引力提供向心力,轨道半径越大,线速度越小,月球的第一宇宙速度的轨道半径为月球的半径,所以第一宇宙速度是绕月球做圆周运动最大的环绕速度.故B错误.
C、变轨的时候点火,发动机做功,所以“嫦娥二号”卫星点火变轨,前后的机械能不守恒,而圆轨道上的各个位置机械能相等,故C正确.
D、“嫦娥二号”卫星变轨前通过椭圆轨道远地点时只有万有引力来提供加速度,变轨后沿圆轨道运动也是只有万有引力来提供加速度,所以相等,故D错误.
故选AC.
两颗人造卫星的质量之比例m1:m2=1:2,轨道半径之比R1:R2=3:1,求:
(1)两颗卫星运行的线速度之比;
(2)两颗卫星的向心加速度之比;
(3)两颗卫星的周期之比.
正确答案
解:(1)根据得,v=
因为轨道半径之比为3:1,则.
(2)根据得,a=
因为轨道半径之比为3:1,则a1:a2=1:9.
(3)根据得,T=
因为轨道半径之比为3:1,则周期之比.
答:(1)两颗卫星的线速度之比为1:.
(2)两颗卫星的向心加速度之比为1:9.
(3)两颗卫星的周期之比为.
解析
解:(1)根据得,v=
因为轨道半径之比为3:1,则.
(2)根据得,a=
因为轨道半径之比为3:1,则a1:a2=1:9.
(3)根据得,T=
因为轨道半径之比为3:1,则周期之比.
答:(1)两颗卫星的线速度之比为1:.
(2)两颗卫星的向心加速度之比为1:9.
(3)两颗卫星的周期之比为.
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