- 万有引力与航天
- 共16469题
“嫦娥一号”和“嫦娥二号”卫星相继完成了对月球的环月飞行,标志着我国探月工程的第一阶段己经完成.设“嫦娥二号”卫星环绕月球的运动为匀速圆周运动,它距月球表面的高度为h,己知月球的质量为M、半径为R,引力常量为G,则卫星绕月球运动的向心加速度a=______,线速度v=______.
正确答案
解:万有引力提供卫星绕月球圆周运动的向心力,所以有:
(1)得嫦娥二号的向心加速度
=
(2)得嫦娥二号的线速度
=
故答案为:a=,v=
.
解析
解:万有引力提供卫星绕月球圆周运动的向心力,所以有:
(1)得嫦娥二号的向心加速度
=
(2)得嫦娥二号的线速度
=
故答案为:a=,v=
.
两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动,周期之比TA:TB=1:8,则轨道半径之比和运动的速率分别为( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力为:
,
解得:r=,v=
因为TA:TB=1:8
所以:RA:RB=1:4
所以:VA:VB=2:1
故选:C
如图所示,“嫦娥一号”探月卫星进入月球轨道后,首先在椭圆轨道Ⅰ上运动,P、Q两点是轨道Ⅰ的近月点和远月点,Ⅱ是卫星绕月做圆周运动的轨道,轨道Ⅰ和Ⅱ在P点相切,关于探月卫星的运动,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据开普勒第三定律得,,知卫星在轨道Ⅱ上运动的半径小于在轨道I运动的半长轴,则卫星在轨道Ⅱ上运动的周期比沿轨道I运动的周期短.故A正确.
B、卫星由轨道Ⅰ到达P点时必须减速,使其受到的万有引力大于需要的向心力,而做近心运动,使轨道半径降低,从而进入轨道Ⅱ.故B正确.
C、D、根据开普勒第二定律得“嫦娥一号”在P点的线速度大于Q点的线速度,故C、D错误.
故选:AB.
2014年2月14日,从北京航天飞行控制中心获悉,嫦娥二号卫星再次刷新我国深空探测最远距离纪录,达到7000万公里.已成为我国首个人造太阳系小行星的嫦娥二号卫星,目前状态良好,正在绕日轨道上飞向更远深空.假设嫦娥二号绕日轨道与绕月轨道半径之比为a,太阳与月球质量之比为b,嫦娥二号绕日、绕月的运动均可看做匀速圆周运动,则它绕日与绕月的周期之比为( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力
知:
它的绕日与绕月的周期之比:
故A正确、BCD错误.
故选:A.
四颗人造卫星a、b、c、d在地球大气层外的圆形轨道上运行,其中a、c的轨道半径相同,b、d在同一个圆轨道上,b、c轨道在同一平面上.某时刻四颗卫星的运行方向及位置如图所示,则( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供圆周运动向心力有,解得:a=
,
根据题意可知,a、c的轨道半径相同且小于b的半径,则卫星a、c的加速度大小相等,且大于b的加速度,故A正确;
B、根据万有引力提供圆周运动向心力有,解得v=
,ac卫星的轨道半径大小相等,故线速度大小相等,所以B错误;
C、卫星d加速后,所需要的向心力增大,万有引力不足以提供,则d将做离心运动,不能追上b,故C错误;
D、根据万有引力提供圆周运动向心力知周期T=
,若卫星c变轨后在轨道半径较大的轨道上做匀速圆周运动,则其周期变大,故D正确.
故选:AD.
图为“嫦娥一号”月球探测器飞行路线示意图
(1)在探测器飞离地球的过程中,地球对它的引力______(选填“增大”、“减小”或“不变”)
(2)已知月球与地球质量之比为M月:M地=1:81.当探测器飞至月地连线上某点P时,月球与地球对它的引力恰好抵消,此时P到月球球心与地球球心的距离之比为______.
正确答案
解:(1)根据万有引力定律,引力与距离的二次方成反比,故在探测器飞离地球的过程中,地球对它的引力减小.
(2)设月球质量为M,地球质量就为81M.
飞行器距地心距离为r1,飞行器距月心距离为r2 .
由于地球对它的引力和月球对它的引力相等,根据万有引力定律得:
解得:
所以月球球心与地球球心的距离之比为1:9.
故答案为:(1)减小;(2)1:9.
解析
解:(1)根据万有引力定律,引力与距离的二次方成反比,故在探测器飞离地球的过程中,地球对它的引力减小.
(2)设月球质量为M,地球质量就为81M.
飞行器距地心距离为r1,飞行器距月心距离为r2 .
由于地球对它的引力和月球对它的引力相等,根据万有引力定律得:
解得:
所以月球球心与地球球心的距离之比为1:9.
故答案为:(1)减小;(2)1:9.
最近我国连续发射了多颗“北斗一号”导航定位卫星,预示着我国通讯技术的不断提高.该卫星处于地球的同步轨道,假设其离地高度为h,地球半径为R,地面附近重力加速度为g,则有( )
正确答案
解析
解:A、地球的同步卫星运动周期必须与地球自转周期相同,故知该卫星运行周期为24h.故A正确.
B、根据万有引力等于重力得:G=mg,则得g=
所以得到该卫星所在处的重力加速度与地面附近重力加速度之比为:=
则得:该卫星所在处的重力加速度为g′=g.故B正确.
C、由G=m
,得T=2π
,则得
=
.故C错误.
D、由G=m
,卫星的动能Ek=
,则得Ek=
=
又g=
联立解得,Ek=.故D正确.
故选ABD
2011年8月,“嫦娥二号”成功进入环绕“日地拉格朗日点”的轨道,我国成为世界上第三个造访该点的国家.如图所示,该拉格朗日点位于太阳和地球连线的延长线上,一飞行器处于该点,在几乎不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动,若地球公转的周期为T,公转轨道半径为R,地球与飞行器间的距离为r,求:
(1)此飞行器在该拉格朗日点的运行速度;
(2)在地球和太阳所在的直线上还有这样的点(飞行器处于该点,集合不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动)吗?写出你的分析过程.
正确答案
解:(1)飞行器与地球同步绕太阳运动,角速度相等,周期相等,
地球公转的周期为T,公转轨道半径为R,地球与飞行器间的距离为r,
所以此飞行器在该拉格朗日点的运行速度v=
(2)飞行器的向心力由太阳和地球引力的合力提供,+
=mrω2,
飞行器与地球同步绕太阳运动,角速度相等,为一定值,
所以除去图中的“日地拉格朗日点”外,则在“日-地”连线上具有上述功能的点的个数为0,
答:(1)此飞行器在该拉格朗日点的运行速度是
(2)在地球和太阳所在的直线上没有这样的点.
解析
解:(1)飞行器与地球同步绕太阳运动,角速度相等,周期相等,
地球公转的周期为T,公转轨道半径为R,地球与飞行器间的距离为r,
所以此飞行器在该拉格朗日点的运行速度v=
(2)飞行器的向心力由太阳和地球引力的合力提供,+
=mrω2,
飞行器与地球同步绕太阳运动,角速度相等,为一定值,
所以除去图中的“日地拉格朗日点”外,则在“日-地”连线上具有上述功能的点的个数为0,
答:(1)此飞行器在该拉格朗日点的运行速度是
(2)在地球和太阳所在的直线上没有这样的点.
在海洋资源、环境、减灾和科学研究等方面,海洋卫星发挥了不可替代的重要作用.目前世界各国的海洋卫星和以海洋观测为主的在轨卫星已有30多颗.我国分别于2002年5月,2007年4月,2011年8月成功发射海洋一号A、海洋一号B、海洋二号三颗卫星海洋.三颗海洋卫星都在圆轨道运行.两颗海洋一号卫星运行周期约100.8分钟,海洋二号卫星周期为104.46分钟.由上述信息可以断定( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供圆周运动向心力,可知周期T=
,可知周期大的轨道半径大,故海洋卫星周期小,轨道高度低,故A错误;
B、根据v=,海洋一号卫星周期短,轨道半径小,线速度比海洋二号大,故B错误;
C、根据T=,可知,同步卫星的周期大于三颗海洋卫星的周期,故轨道半径最大,又据v=
可知同步卫星的运行速度最小,故C正确;
D、据T=可知,海洋卫星运行周期小于同步卫星,轨道高度不可能超过同步卫星,故D错误.
故选:C.
对于绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星,下列说法错误的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星做匀速圆周运动的向心力是由地球对卫星的万有引力提供,故A正确;
B、卫星做匀速圆周运动的向心力是由地球对卫星的万有引力提供的,
=m
=m
=ma,
v=,所以轨道半径越大,卫星线速度越小,故B错误;
C、T=2π,所以轨道半径越大,周期越大,故C正确;
D、a=,所以同一轨道上运行的卫星,向心加速度大小相等,故D正确;
本题选错误的,故选:B.
设地球表面的重力加速度为g0,则在地球表面上空h=R(R是地球半径)处的重力加速度g=______g0.若有一卫星处于h=R的轨道上,则它绕地球旋转的角速度ω=______.
正确答案
解析
解:1、根据万有引力等于重力,列出等式:
得,
其中M是地球的质量,r应该是物体在某位置到球心的距离,根据题意r=2R.
所以,
即
2、根据该处的重力提供向心力mg=mω2r
所以
故答案为:,
.
(2015秋•广东月考)如图所示,P、Q两颗卫星均绕地心做匀速圆周运动,且轨道半径均为r,卫星P、Q的连线总是通过地心,若两卫星均沿逆时针方向运行,地球表面的重力加速度为g,地球半径为R、自转周期为T,不计卫星间的相互作用力,下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:AC、P、Q两颗卫星均绕地心做匀速圆周运动,由万有引力等于向心力得
G=ma=m
在地表上,由重力等于万有引力得 m′g=G
联立得,卫星的加速度 a=,线速度 v=
.故AC正确.
BD、P、Q两颗卫星不一定是地球同步卫星,卫星P运动到Q目前位置处所需的时间不一定是.故BD错误.
故选:AC
一行星探测器从所探测的行星表面垂直升空(如图1),探测器的质量是1500kg,发动机推力为恒力,升空途中发动机突然关闭.如图2所示为探测器速度随时间的变化图象,其中A点对应的时刻tA=9s,此行星半径为6×103km,引力恒量G=6.67×10-11N•m2/kg2.求:
(1)探测器在该行星表面达到的最大高度;
(2)该行星表面的重力加速度;
(3)发动机的推力;
(4)该行星的第一宇宙速度.
正确答案
解:(1)25s末达到最高点,由于图线与坐标轴包围的面积,
故H=×25×96=1200m
即探测器在该行星表面达到的最大高度为1200m.
(2)发动机关闭后,探测器减速上升的过程中,只受重力,故加速度即为重力加速度,
则该星球表面重力加速度大小为a==
=6m/s2;
(3)火箭加速过程,加速度大小为a′=m/s2.
根据牛顿第二定律,有
F-mg=ma′
解得:F=m(g+a′)=2.5×104N
(4)根据万有引力提供向心力得行星的第一宇宙速度v=,
行星表面的万有引力等于重力得
=mg
解得:v==6.0km/s
答:(1)探测器在该行星表面达到的最大高度是1200m
(2)该行星表面的重力加速度是6.0m/s2
(3)发动机的推力是2.5×104N
(4)该行星的第一宇宙速度是6.0km/s.
解析
解:(1)25s末达到最高点,由于图线与坐标轴包围的面积,
故H=×25×96=1200m
即探测器在该行星表面达到的最大高度为1200m.
(2)发动机关闭后,探测器减速上升的过程中,只受重力,故加速度即为重力加速度,
则该星球表面重力加速度大小为a==
=6m/s2;
(3)火箭加速过程,加速度大小为a′=m/s2.
根据牛顿第二定律,有
F-mg=ma′
解得:F=m(g+a′)=2.5×104N
(4)根据万有引力提供向心力得行星的第一宇宙速度v=,
行星表面的万有引力等于重力得
=mg
解得:v==6.0km/s
答:(1)探测器在该行星表面达到的最大高度是1200m
(2)该行星表面的重力加速度是6.0m/s2
(3)发动机的推力是2.5×104N
(4)该行星的第一宇宙速度是6.0km/s.
我国“嫦娥一号”探月卫星发射后,先在“24小时轨道”上绕地球运行(即绕地球一圈需要24小时);然后,经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”;最后奔向月球.如果按圆形轨道计算,并忽略卫星质量的变化,则在每次变轨完成后与变轨前相比( )
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
故
解得
①
②
③
A、B:根据题意两次变轨,分别为从“24小时轨道”变轨为“48小时轨道”和从“48小时轨道”变轨为“72小时轨道”,则结合②式可知,在每次变轨完成后与变轨前相比运行周期增大,运行轨道半径增大,运行线速度减小,所以卫星动能减小,故A正确、B错误.
C、D:两次变轨后,半径都增大,由③式可知,加速度减小.故C正确,D错误.
故选AC.
发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点(如图所示).忽略空气阻力则当卫星分别在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、卫星圆周运动的向心力由万有引力提供可得卫星的线速度
,卫星在轨道3上轨道半径大线速度小,故A错误;
B、据可得卫星的角速度
知,轨道3的半径大角速度小,故B正确;
C、卫星在轨道1和轨道3上只受万有引力作用,满足机械能守恒的条件,卫星在轨道2上运动时也只受万有引力作用,故同样满足机械能守恒条件,故C错误;
D、卫星经过P点时都是由万有引力产生加速度,在两个轨道上经过P时卫星所受万有引力相同,故卫星的加速度亦相同,故D正确.
故选:BD.
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