- 万有引力与航天
- 共16469题
已知地球质量为M,半径为R,自转周期为T,万有引力常量为G,求:
(1)近地轨道处的重力加速度g;
(2)第一宇宙速度v;
(3)同步卫星的轨道半径r.
正确答案
解:(1)地球表面的物体受到的重力等于万有引力,
=mg
g=,
(2)地球的近地卫星所受的万有引力提供向心力,
=m
v=,
(3)地球的同步卫星的万有引力提供向心力:
=m
解得:r=
答:(1)近地轨道处的重力加速度是;
(2)第一宇宙速度是;
(3)同步卫星的轨道半径是.
解析
解:(1)地球表面的物体受到的重力等于万有引力,
=mg
g=,
(2)地球的近地卫星所受的万有引力提供向心力,
=m
v=,
(3)地球的同步卫星的万有引力提供向心力:
=m
解得:r=
答:(1)近地轨道处的重力加速度是;
(2)第一宇宙速度是;
(3)同步卫星的轨道半径是.
如图所示,一人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动.则该卫星运行过程中( )
正确答案
解析
解:A、匀速圆周运动的向心加速度大小为:a=,线速度大小v不变,半径r不变,则向心加速度的大小不变.其方向始终指向圆心,方向时刻在改变,故A错误.
B、匀速圆周运动的向心力大小为:F=m,卫星的质量m不变,线速度大小v不变,半径r不变,则向心力的大小不变.其方向始终指向圆心,方向时刻在改变,故B错误.
C、卫星所受的合外力就等于向心力,所以大小不变,方向改变,故C错误.
D、卫星的速度大小不变,离地面的高度不变,可知动能、重力势能都不变.故D正确.
故选:D.
(2015春•宜春校级月考)质量为m的人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为r,线速度为v,加速度为a,周期为T,角速度为ω.下列关系正确的是( )
正确答案
解析
解:人造卫星绕地球匀速圆周运动万有引力提供圆周运动向心力有:
A、线速度可得v∝
,故A错误;
B、加速度a=可得a∝
,故B错误;
C、周期T=可得T2∝r3,故C正确;
D、角速度可得
,故D错误.
故选:C.
如图所示,轨道A与轨道B相切于P点,轨道B与轨道C相切于Q点,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据开普勒定律:在相等的时间内扫过的面积相等知,卫星在轨道B上由P向Q运动的过程中速率越来越小,故A正确
B、卫星在轨道B上由P向Q运动的过程中速率越来越小,卫星在轨道C上经过Q点的速率小于在轨道A上经过P点的速率,故B错误.
C、根据万有引力提供向心力,即,加速度与万有引力大小有关,r相同,则a大小相同,与轨道无关,故C正确.
D、卫星要由圆轨道C变轨到椭圆轨道B,经过Q点时需要减速,使得万有引力大于向心力,卫星做向心运动.故D错误.
故选:AC
某天文台测得某行星的一颗卫星的轨道半径为R,周期为T,则该卫星的向心加速度为多少?行星的质量为多少?
正确答案
解:某天文台测得某行星的一颗卫星的轨道半径为R,周期为T,
该卫星的向心加速度a=R.
根据万有引力提供向心力:=m0
R
M=,
答:该卫星的向心加速度为R,行星的质量为
.
解析
解:某天文台测得某行星的一颗卫星的轨道半径为R,周期为T,
该卫星的向心加速度a=R.
根据万有引力提供向心力:=m0
R
M=,
答:该卫星的向心加速度为R,行星的质量为
.
一颗小行星环绕太阳做匀速圆周运动的半径是地球公转半径的4倍,则这颗小行星的运转周期是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力得:
=m
r
T=2π,
小行星环绕太阳做匀速圆周运动的半径是地球公转半径的4倍,所以这颗小行星的运转周期是8年,
故选:C.
2011年9月29日晚21时16分,我国将首个目标飞行器天宫一号发射升空.2011年11月3日凌晨神八天宫对接成功,完美完成一次天空之吻.若对接前两者在同一轨道上运动,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力得出:
=m
=ma
A、v=,所以对接前“天宫一号”的运行速率等于“神舟八号”的运行速率,故A错误;
B、a=,所以对接前“神舟八号”的向心加速度等于“天宫一号”的向心加速度,故B正确;
C、飞船与天宫一号在同一轨道上,此时飞船受到的万有引力等于向心力,若让飞船加速,所需要的向心力变大,万有引力不变,所以飞船做离心运动,不能实现对接,故C错误;
D、飞船与天宫一号在同一轨道上,“神舟八号”先减速飞船做近心运动,进入较低的轨道,后加速做离心运动,轨道半径变大,可以实现对接,故D正确;
故选:BD.
(2015春•海门市期末)在地面上发射飞行器,如果发射速度大于7.9km/s.而小于11.2km/s,则它将( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力公式:=
,在半径一定的情况下,速度越大,所需要的向心力越大.如果向心力不足,物体将做离心运动.物体在地球表面轨道上运动时,受到的向心力刚好对应的速度就是7.9km/s.超过就要做离心运动.而要完全脱离地球引力,需要的速度为11.2km/s.
所以,当速度在7.9-11.2km/s之间时.人造卫星既不能保持在地球附近做圆周运动,又无法完全逃离地球.最终轨迹就是一个椭圆.
故选:B
2010年10月1日18时59分57秒,搭载着嫦娥二号卫星的长征三号丙运载火箭在西昌卫星发射中心点火发射,卫星由地面发射后,进入地月转移轨道,经多次变轨最终进入距离月球表面100公里,周期为118分钟的工作轨道,开始对月球进行探究.不考虑卫星质量变化,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力,轨道半径越大,线速度越小,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A错误.
B、在轨道Ⅰ经过P点时,速度比较大,所需的向心力比较大,万有引力不够提供向心力,会做离心运动,要进入圆轨道Ⅲ,需减速,使万有引力等于所需的向心力.所以卫星在轨道Ⅲ上经过P点的速度比在轨道Ⅰ上经过P点时小.故B错误.
C、卫星在轨道Ⅲ上过P点和在轨道Ⅰ上过P点时万有引力大小相等,根据牛顿第二定律,加速度相等.故C错误.
D、从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ,在P点需减速,所以在轨道Ⅰ上的机械能比在轨道Ⅱ上多.故D正确.
故选D.
我国首次载人飞船“神舟五号”绕地球运动一圈的时间约为90分钟,与地球同步卫星相比,飞船“神舟五号”( )
正确答案
解析
解:卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力;
A、由牛顿第二定律得:G=m
r,解得:r=
,神舟五号飞船的周期小于同步卫星的周期,则神舟五号飞船的轨道半径小于同步卫星的轨道半径,即:
r神舟五号<r同步卫星,则同步卫星离地面较高,故A错误;
B、由牛顿第二定律得:G=ma,解得:a=
,由于r神舟五号<r同步卫星,则神舟五号的加速度较大,故B正确;
C、由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,由于r神舟五号<r同步卫星,则神舟五号的线速度较大,故C正确;
D、由牛顿第二定律得:G=mω2r,解得:ω=
,由于r神舟五号<r同步卫星,则神舟五号的角速度较大,故D错误;
故选:BC.
我国自行研制的“神舟”五号载人飞船顺利升空,首先沿椭圆轨道落行,其近地点的为200km,运地点约为340km,绕地球飞行7圈后,地面发出指令,使飞船上的发动机在飞船到达远地点时自动点火,提高了飞船的速度,使得飞船在距地面340km的圆轨道上飞行.飞船在圆轨道上运行时,需要进行多次轨道维持.轨道维持就是通过控制飞般上的发动机的点火时间和推力,使飞船能保持在同一轨道上稳定运行.如果不进行轨道维持,飞船的轨道高度就会逐渐降低,若出现这种情况,则( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力得
=
=mrω2=ma=
A、T=2π,轨道高度会逐渐降低,飞船的周期逐渐缩短,故A正确.
B、ω=,轨道高度会逐渐降低,飞船的角度速度逐渐增大,故B错误
C、a=,轨道高度会逐渐降低,飞船的向心加速度逐渐增大,故C错误
D、v=,轨道高度会逐渐降低,飞船的线速度逐渐增大,故D正确
故选AD.
三颗人造地球卫星A、B、C绕地球作匀速圆周运动,如图所示,已知MA=MB<MC,则对于三颗卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、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向所以F=
解得:
v=①
a=②
T=③
根据题意
ra<rb=rc ④
由①④式可知,vA>vB=vC,故A正确;
由①④式可知,TA<TB=TC,故B错误;
由④及mA=mB>mC和F=可知FA>FB,FB>FC,故FA>FB>FC故C错误;
由开普勒第三定律可知:绕同一个中心天体运动的半径的三次方与周期的平方之比是一个定值,所以=
=
,故D正确.
故选D.
某卫星的发射过程如图所示,先将卫星从地面发射并从A点进入椭圆轨道I运行,然后在B点通过改变卫星的速度,让卫星进入预定圆形轨道II上运行.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星绕地球做椭圆轨道运动,发射速度大于7.9km/s小于11.2km/s.故A错误.
B、卫星在椭圆轨道I从A点运动到B点过程中,只有万有引力做功,机械能守恒,万有引力做负功,动能减小,则速度减小.故B错误.
C、根据开普勒第三定律得,=k,因为轨道I的半长轴小于轨道Ⅱ的半径,则在轨道Ⅰ上运行的周期小于在轨道Ⅱ上运行的周期.故C错误.
D、设线速度为v,周期为T,则轨道半径r=,根据万有引力提供向心力有:G
=m
,解得:M=
.故D正确.
故选:D
很多国家发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆形轨道1运行,然后在Q点点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后在P点再次点火,将卫星送入同步圆形轨道3运行,如图所示.已知轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点.若只考虑地球对卫星的引力作用,则卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据卫星运动的半长轴的大小关系可知,轨道3的半长轴最大,故其周期最大,故A错误;
B、卫星在轨道2上从Q到P点,只受地球引力作用,满足机械能守恒定律,引力对卫星做负功,卫星的动能减小,势能增加,机械能守恒,故B正确;
C、根据圆周运动的向心力由万有引力提供知知,卫星轨道半径越大,角速度越小,故不能直接根据v=rω判定线速度与半径的关系,故C错误;
D、卫星在轨道上1上做圆周运动万有引力提供圆周运动向心力,而在轨道2上经过Q点时,卫星要做离心运动,故其运动速度将大于在轨道1上经过Q点的速度,故D错误;
故选:B
我国在成功发射探月卫星“嫦娥1号”之后,又成功地发射了“神舟7号”载人航天飞船,并由翟志刚成功地进行了太空漫步.设“嫦娥1号”绕月球运动的轨迹和“神舟7号”绕地球运动的轨迹都是圆,其轨道半径分别为r1、r2,周期分别为T1、T2,线速度分别为v1、v2,角速度分别为ω1、ω2,向心加速度分别为a1、a2,月球和地球的质量分别为m1、m2,则( )
正确答案
解析
解:根据,得
,v=
,ω=
,T=
.
则,
,
,
.故B正确,A、C、D错误.
故选B.
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