- 万有引力与航天
- 共16469题
某星球半径为R,在距该星球表面h(h<<R)高处以初速度v0水平抛出一个小球(大气阻力不计),测得小球落地点距抛出点的水平距离为s.忽略该星球自转的影响,万有引力常量为G,球体体积公式V=πR3.求:
(1)距该星球表面H高处绕该星球作匀速圆周运动的卫星的线速度;
(2)该星球的密度.
正确答案
解:物体从h高处做平抛运动,根据平抛运动知识有:
竖直方向:h= ①
水平方向:s=v0t ②
由②式得物体运动时间t=
代入①得星球表面的重力加速度
(1)在星球表面重力与万有引力相等有
③
在离星球表面H高处的卫星由万有引力提供圆周运动向心力有:
④
由③可得GM=gR2
代入④得=
=
(2)根据星球表面重力与万有引力相等有:
可得星球的质量M=
根据密度公式有星球的密度=
答:(1)距该星球表面H高处绕该星球作匀速圆周运动的卫星的线速度为;
(2)该星球的密度为.
解析
解:物体从h高处做平抛运动,根据平抛运动知识有:
竖直方向:h= ①
水平方向:s=v0t ②
由②式得物体运动时间t=
代入①得星球表面的重力加速度
(1)在星球表面重力与万有引力相等有
③
在离星球表面H高处的卫星由万有引力提供圆周运动向心力有:
④
由③可得GM=gR2
代入④得=
=
(2)根据星球表面重力与万有引力相等有:
可得星球的质量M=
根据密度公式有星球的密度=
答:(1)距该星球表面H高处绕该星球作匀速圆周运动的卫星的线速度为;
(2)该星球的密度为.
2003年8月29日,上演了“火星冲日”的天象奇观.图示为美国宇航局公布的“火星冲日”的虚拟图,假设火星与地球都绕地球做圆周运动.则有( )
正确答案
解析
解:AB、根据万有引力提供圆周运动向心力,得
,由于火星的半径大,故火星的线速度小于地球的线速度故A正确,B错误;
CD、根据万有引力提供圆周运动向心力,得T=
,由于火星的半径大,故火星的周期大于地球的周期,所以当地球再次到达该位置时火星还没到达该位置,故C错误,D正确.
故选:AD.
2012年12月27日,我国自行研制的“北斗导航卫星系统”(BDS)正式组网投入商用.2012年9月采用一箭双星的方式发射了该系统中的两颗轨道半径均为21332km的“北斗-M5”和“北斗M-6”卫星,其轨道如图所示.关于这两颗卫星,下列说法不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据知,轨道半径相等,则向心加速度大小相等.故A正确;
B、根据知,轨道半径越大,线速度越小,第一宇宙速度的轨道半径等于地球的半径,是做匀速圆周运动的最大速度,所以两颗卫星的速度均小于7.9km/s.故B错误;
C、北斗-M6的轨道半径小于同步卫星的轨道半径,则线速度大于同步卫星的速率.故C正确;
D、因为北斗-M6的轨道半径小于同步卫星的轨道半径,根据T=知,北斗-M6的周期小于同步卫星的周期,即小于地球自转的周期.故D错误.
本选择不正确的是,故选:BD.
我国于2010年10月1日成功发射了月球探测卫星“嫦娥二号”CE-2,CE-2在椭圆轨道近月点Q完成近月拍摄任务后,到达椭圆轨道的远月点P变轨成形轨道,如图所示,忽略地球对CE-2的影响,则CE-2( )
正确答案
解析
解:A、Q到P的过程由于要克服引力做功,速度越来越小,到P点所需的向心力比较小,万有引力大于所需的向心力,会做近心运动,所以从P点进入圆轨道,需加速,使万有引力等于所需要的向心力,然后作圆周运动.故机械能不守恒.故A错误,B正确.
C、在椭圆轨道上Q点的速度大,万有引力不够需要的向心力,做离心运动.若在Q点有一圆轨道通过,则在椭圆轨道上Q点的速度必然大于圆轨道Q点的速度.根据万有引力提供向心力,知轨道半径越大,速度越小,所以通过Q点圆轨道上的速度大于通过P点圆轨道上的速度,则在Q点的线速度比沿圆轨道运动的线速度大.故C正确.
D、在Q点所受的万有引力大于在P点所受的万有引力,根据牛顿第二定律,在Q点的加速度比沿圆轨道运动的加速度大.故D正确.
故选BCD.
2003年10月15日北京时间9时整,我国“神舟”五号飞船载着我国首位太空人杨利伟在酒泉卫星发射中心发射升空,10min后“神舟”五号飞船准确进入预定轨道.在北京航天指挥控制中心的调度下,我国陆海空航天测控网对飞船进行了持续的跟踪、测量与控制,截至10月16日零点,“神舟”五号载人飞船已按预定轨道(视为圆轨道)环绕地球10圈.若地球质量和万有引力恒量G均已知,根据以上数据资料可估算出“神舟”五号飞船的( )
正确答案
解析
解:A、根据进入预定轨道的时间和绕地球10圈结束的时间可以求得周期T,
飞船在圆轨道上运行时,由地球的万有引力提供向心力,G=m
(R+h)=m
,可得 R+h=
,v=
已知地球的质量M和飞船运行的周期T,由上式知可求出飞船的轨道半径R+h,由v=知可求出飞船的环绕速度v.
由于飞船的质量未知,所以不能求出万有引力和向心力.故B正确,ACD错误.
故选:B.
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.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: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,则有:
可得:
A、线速度可知轨道3的半径大,线速度小,故A错误;
B、角速度可知轨道3的半径大,角速度小,故B错误;
C、根据开普勒行星运动定律知,轨道2的半长轴大于轨道1的半径,故卫星在轨道2上的周期大于在轨道1上的周期,故C错误;
D、卫星在P点都是由万有引力产生加速度,在同一位置加速度相同,不管卫星在哪个轨道上,加速度大小相同,故D正确.
故选:D.
如图所示,A为静止于地球赤道上的物体,B为绕地球做椭圆轨道运行的卫星,C为绕地球做圆周运动的卫星,P为B、C两卫星轨道的交点.已知A、B、C绕地心运动的周期相同.相对于地心,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、物体A和卫星C的周期相等,则角速度相等,根据v=rω知,半径越大,线速度越大.所以卫星C的运行速度大于物体A的速度.故A正确
B、物体A和卫星C的周期相等,则角速度相等,根据a=rω2知,半径越大,加速度越大,所以卫星C的运行加速度大于物体A的加速度.故B错误
C、可能出现某个时刻卫星B和卫星C运动的速度大小相等,故C正确
D、根据a=两卫星距离地心的距离相等,则加速度相等.故D正确.
故选ACD.
两颗人造卫星绕地球做匀速圆周运动,质量之比为1:2,轨道半径之比为1:2,则( )
正确答案
解析
解:设任一卫星的质量为m,轨道半径为r,地球的质量为M.
则对于在轨卫星,有:G=m
=m
r=ma
得:v=,T=2
,a=
可见,v、T、a与卫星的质量m无关,轨道半径之比为1:2,则得:线速度大小之比为:1,运行的周期之比为1:2
,向心加速度大小之比为4:1.
向心力公式:F=G,则得向心力之比为:
=
=
=2:1.
故AC正确,BD错误.
故选:AC.
9月底美国的UARS卫星坠落不是第一次航天器坠落地球事件,自1957年人类进入太空时代以来,曾经有600多个航天器落入大气层.人类迄今为止发射了5000多颗航天器,除了那些深空探测、跑远了的卫星(比如“旅行者”“先驱者”等探测器),基本上最后的命运都是落叶归根,落回地球.有的体积、质量较小,就被大气层烧干净了.有的体积、质量较大,烧不干净,就要落回地球.美国的UARS卫星在缓慢落入大气层的过程中( )
正确答案
解析
解:卫星在绕地球做匀速圆周运动时,万有引力提供圆周的向心力,可得:
A、线速度v=知,轨道半径减小,线速度增大,故A错误;
B、角速度ω=知,轨道半径减小,角速度增大,故B错误;
C、周期T=知,轨道半径减小,周期减小,故C正确;
D、向心加速度a=知,轨道半径减小,向心加速度增大,故D错误.
故选:C
北京时间2013年12月2日凌晨1时30分,我国自行研制的常娥三号月球探测器在西昌卫星发射中心发射升空,并已于14日21时11分成功实施软着陆,这标志着我国成为世界第三个实现地外天体软着陆的国家,图示是常娥三号飞行的轨道示意图,变轨过程是先从地月转移轨道经过修正进入环月圆轨道,然后再通过近月制动进入环月椭圆轨道,则以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、嫦娥三号从地月转移轨道进入环月圆轨道的过程中需要近月制动,此过程中发动机使嫦娥三号减速让月球引力“捕捉”到嫦娥三号,故此过程中嫦娥三号的机械能不守恒,故A错误;
B、在切点P处都是由万有引力使嫦娥三号产生加速度,因为同一位置P引力相同,不管在哪个轨道上卫星的加速度相同,故B正确;
C、根据开普勒第三定律,知嫦娥三号在环月轨道上的半长轴比椭圆轨道上的半长轴大,故其周期来得大,C正确;
D、嫦娥三号近月制动后关闭发动机,向近月点运行过程中,嫦娥三号仅受月球引力作用,由于高度降低引力做正功,势能减小,动能增加,而总的机械能保持不变.故D错误.
故选:BC.
假如一颗做匀速圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍,仍做匀速圆周运动,则( )
正确答案
解析
解:A、研究卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,=m
=mω2r=ma=m
r
当轨道半径变化时,万有引力变化,卫星的角速度ω=,随着变化,所以,不能用公式v=rω讨论卫星的线速度变化,故A错误;
B、当轨道半径变化时,万有引力变化,卫星的线速度v=,随着变化,所以不能用公式F=m
讨论卫星的向心力变化,故B错误;
C、根据公式F=G,可知地球提供的向心力将减少到原来的
,故C错误;
D、根据上述B和C给出的公式,卫星的线速度v=,可知卫星运动的线速度将减少到原来的
,故D正确;
故选:D.
航天器完成维修地球高轨道卫星任务后,在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆形轨道Ⅱ,B点为椭圆形轨道Ⅱ的近地点,如图所示.关于航天器的运动,下列说法中正确的有( )
正确答案
解析
解:A、根据开普勒第二定律可知航天飞机在远地点A的速度小于在近地点B的速度,所以在轨道Ⅱ上经过A点时的动能小于经过B点时的动能,故A错误;
B、从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ时航天器要在A点制动减速,需要的向心力减小,做近心运动,故B错误;
C、根据牛顿第二定律得a=,
在轨道Ⅱ上经过A的加速度应等于在轨道Ⅰ上经过A的加速度,故C正确.
D、由开普勒第三定律=k知,在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期,故D正确.
故选:CD.
2008年9月25日21时10分,载着翟志刚、刘伯明、景海鹏三位宇航员的“神舟七号”飞船在中国酒泉卫星发射中心发射成功.如果“神舟七号”飞船在离地球表面h高处的轨道上做周期为T的匀速圆周运动,已知地球的半径R,万有引力常量为G.在该轨道上,关于“神舟七号”航天飞船,下列说法中错误的是( )
正确答案
解析
解:A、第一宇宙速度是绕地球圆周运动的最大速度,故飞船的轨道半径大于地球半径,速度小于第一宇宙速度,所以A正确;
B、飞船的向心加速度a=,故B正确;
C、飞船圆周运动的向心力由万有引力提供有可得
,在地球表面重力与万有引力相等有
,所以重力加速度g=
,故C正确;
D、因为飞船的轨道半径为(R+h),所以飞船的线速度,故D错误.
本题选择错误的是,故选:D.
按照我国月球探测活动计划,在第一步“绕月”工程圆满完成任务后,将开展第二步“落月”工程,预计在2013年前完成.假设月球半径为R,月球表面的重力加速度为g0.如图所示,飞船沿距月球表面高度为3R的圆形轨道Ⅰ运动,到达轨道的A点,点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ,到达轨道Ⅱ的近月点B再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动.下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、飞船在轨道Ⅰ上,由万有引力提供向心力:G=m
;在月球表面,万有引力等于重力,则得:G
=mg0.
联立解得:v=,故A错误;
B、根据重力提供向心力得:mg0=mR,得 T=2π
,故B正确;
C、在圆轨道实施变轨成椭圆轨道远地点是做逐渐靠近圆心的运动,要实现这个运动必须万有引力大于飞船所需的向心力,所以应使飞船减速,减小所需的向心力,故C错误;
D、飞船在轨道Ⅱ上做椭圆运动,根据开普勒第二定律可知:在近月点速度大于远月点速度,所以飞船在A点的线速度小于在B点的线速度,故D正确.
故选:BD
我国自行研制的“风云一号”卫星和“风云二号”气象卫星的运行轨道是不同的:“风云一号”是极地圆形轨道卫星,其轨道平面与赤道平面垂直,周期为12小时:“风云二号”是同步轨道卫星,其轨道平面就是赤道平面,周期为24小时,两颗卫星相比,“风云______号”卫星离地面较高:“风云______号”卫星观察范围较大.
正确答案
二
一
解析
解:由万有引力提供向心力的周期表达式:
G=m
r
T=2π
风云一号周期12h,风云二号周期是24h,故风云二号离地面高,
风云一号有覆盖全球的观测范围,而风云二号,是相对地球静止的,其范围无法达到全球内.
故答案为:二,一
扫码查看完整答案与解析