- 万有引力与航天
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两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动,周期之比为TA:TB=1:27,则轨道半径之比______.
正确答案
1:9
解析
解:根据得,r=
,因为TA:TB=1:27,则轨道半径之比rA:rB=1:9.
故答案为:1:9.
两颗人造地球卫星,都在圆形轨道上运行,它们的质量相等,若它们的动能之比Ek1:Ek2=1:4,则它们的周期之比T1:T2等于( )
正确答案
解析
解:根据⇒
可知人造地球卫星的运和速率之比
根据万有引力提供圆周运动向心力可知⇒
即:
=
根据同期的定义有
所以有:即A正确,BCD错误.
故选:A
2008年9月25日,我国继“神舟”五号、六号载人飞船后又成功地发射了“神舟”七号载人飞船.如果把“神舟”七号载人飞船绕地球运行看作是同一轨道上的匀速圆周运动,宇航员测得自己绕地心做匀速圆周运动的周期为T、距地面的高度为H,且已知地球半径为R、地球表面重力加速度为g,万有引力恒量为G.试求:
(1)地球的质量;
(2)飞船线速度的大小.
正确答案
解:(1)根据得,
地球的质量M=.
(2)飞船的线速度v=.
答:(1)地球的质量为;
(2)飞船线速度的大小为.
解析
解:(1)根据得,
地球的质量M=.
(2)飞船的线速度v=.
答:(1)地球的质量为;
(2)飞船线速度的大小为.
2011年9月29日,“天宫一号”顺利升空,11月1日,“神舟八号”随后飞上太空,11月3日凌晨“神八”与离地高度343km轨道上的“天宫一号”对接形成组合体,中国载人航天首次空间交会对接试验获得成功,为建立太空实验室--空间站迈出了关键一步.设对接后的组合体在轨道上做匀速圆周运动,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、先让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A错误
B、第一宇宙速度是最小的发射速度,是最大的环绕地球运动的速度;故B正确
C、由万有引力公式可得加速度a=,故半径越大,运行周期越大,所以对接后,“天宫一号”的运行加速度大于地球同步卫星的加速度,故C正确;
D、神州八号与天宫一号受地球对它们的万有引力作用,绕地球做圆周运动,工作的宇航员也是绕地球做圆周运动,受力不平衡.故D错误
故选BC.
设想月球是一个均匀的球体,若能精确测出其表面附近的重力加速度g值,则有助于研究月球的其它问题.近年来有一种方法能精确测出g的值,叫“对称自由下落法”,它是将测g归于测长度和时间,以稳定的氦氖激光的波长为长度标准,用光学干涉的方法测距离,以铷原子钟或其他手段测时间,能将g值测得很准确.现设想在月球地面上利用“对称自由下落法”进行测量研究,具体做法是:将真空长直管沿竖直方向放置,自其中O点向上抛小球又落至原处的时间为T2,在小球运动过程中经过比O点高H的P点,小球离开P点至又回到P点所用的时间为T1,其中T1、T2和H可直接测得.试求:
(1)月球表面附近重力加速度g值;
(2)已知月球的半径为R,在离月球表面高也为R处有一环月卫星,求该环月卫星的环绕速度.
正确答案
解:
(1)由测量方法可得g(
)2-
g(
)2=H
解得g=
(2)设月球的质量为M,环月卫星的质量为m,环月卫星的环绕速度为v,则有
黄金代换:GM=gR2
=
解得:
答:
(1)月球表面附近重力加速度.
(2)该环月卫星的环绕速度.
解析
解:
(1)由测量方法可得g(
)2-
g(
)2=H
解得g=
(2)设月球的质量为M,环月卫星的质量为m,环月卫星的环绕速度为v,则有
黄金代换:GM=gR2
=
解得:
答:
(1)月球表面附近重力加速度.
(2)该环月卫星的环绕速度.
“慈母手中线,游子身上衣…”是我国“神六”专家与“神六”的最好写照,2005年10月12日上午9点“游子”--“神舟”六号顺利发射升空,经过115小时32分的太空旅行,于10月17日凌晨准时安全返回母亲的怀抱.“神舟”六号载人飞船的周期约为90min,如果把它绕地球的运动看作是匀速圆周运动,飞船的运动和人造地球同步卫星的运动相比,下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:飞船和卫星绕地球圆周运动万有引力提供圆周运动向心力有:
A、周期T=,知同步卫星周期大,轨道半径大,故A正确;
B、速度v=,由A知飞船半径小,线速度大,故B正确;
C、向心加速度a=,由A知飞船半径小,向心加速度大,故C正确;
D、角速度,飞船周期小角速度大,故D错误.
故选:ABC.
我国于2013年12月2日成功发射嫦娥三号探月卫星,并于12月14日在月面的虹湾区成功实现软着陆并释放出“玉兔”号月球车,这标志着中国的探月工程再次取得阶段性的胜利.如图所示,在月球椭圆轨道上的已关闭动力的探月卫星在月球引力作用下向月球靠近,并将在B处变轨进入半径为r、周期为T的环月轨道运行,已知万有引力常量为G.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、当探月卫星靠近月球时,月球对卫星的万有引力占主导,故探月卫星飞往B处时月球对卫星的引力做正功,卫星加速运动,故A错误;
B、探月卫星在B处不减速将离开月球做离心运动,减小卫星速度使得月球对卫星引力等于其绕月球做圆周运动向心力从使卫星绕月球做匀速圆周运动,故在B处卫星需要做减速,故B正确;
C、根据万有引力提供圆周运动向心力可得中心天体质量
,已知探月卫星轨道半径和周期及万有引力常量可以求出月球的质量,故C正确;
D、由题设条件因未知探月卫星质量,故无法计算探月卫星受到月球引力大小.
故选:BC
地球的质量为M,半径为R,万有引力恒量为G,则绕地球运动的近地卫星的运动周期T0=______;我国成功发射了质量为m的“神舟”号“载人”试验飞船,它标志着我国载人航天技术有了新的重大突破.该飞船在环绕地球的椭圆轨道上运行,假设在运行中它的速度最大值为Vm,当它由远地点运行到近地点的过程中,地球引力对它做功为W,则宇宙飞船在近地点的速度为______,在远地点的速度为______.
正确答案
vm
解析
解:根据万有引力提供卫星做圆周运动的向心力列出等式
=m
近地卫星的运动周期T0=
人造地球卫星在从近地点向远地点运行的过程中,速度逐渐减慢,动能减小,宇宙飞船在近地点的速度为vm.
从远地点运行到近地点的过程中只有重力做功,根据动能定理得
W=m
-
m
v远=
故答案为:,vm,
(2015秋•乳山市期中)我国自主研发的“北斗卫星导航系统”是由多颗卫星组成的,其中有5颗地球同步卫星.在发射地球同步卫星的过程中,卫星首先由近地圆形轨道P点进入椭圆轨道I,如图所示,椭圆长轴长为a,然后在Q点通过改变卫星速度,让卫星进入地球同步轨道II,圆轨道半径为R.已知地球自转周期为T,则下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在Q点,万有引力固定,根据牛顿第二定律,在卫星在轨道I上Q点的加速度等于卫星在轨道II上Q点的加速度,故A错误;
B、根据开普勒定律,有:;
解得:;
故B正确;
C、卫星在轨道Ⅰ上经过Q点时需要加速才能进入轨道Ⅱ,而在同一个轨道上的机械能是守恒的,故卫星在轨道II上的机械能大于卫星在轨道I的机械能,故C正确;
D、第一宇宙速度是在地面附近发射卫星所需的最小速度,第二宇宙速度是挣脱地球引力所需的最小发射速度该卫星的发射速度大于第一宇宙速度,故该卫星的发射速度必定大于第一宇宙速度,故D错误;
故选:BC
“嫦娥二号”已于2010年10月1日发射,其环月飞行的高度距离月球表面100km,所探测到的有关月球的数据将比环月飞行高度为200km的“嫦娥一号”更加翔实.若两颗卫星环月的运行均可视为匀速圆周运动,运行轨道如图所示.则( )
正确答案
解析
解:设月球的质量为M,嫦娥卫星的质量为m,轨道半径为r.
A、由G,得到T=
,可知“嫦娥二号”环月运行的周期比“嫦娥一号”更小.故A正确.
B、由G=m
,得到v=
可知,“嫦娥二号”环月运行时的线速度比“嫦娥一号”更大.故B错误.
C、由ω==
可知,“嫦娥二号”环月运行时的角速度比“嫦娥一号”更大.故C错误.
D、由an==
可知,“嫦娥二号”环月运行时的向心加速度比“嫦娥一号”更大.故D错误.
故选A
据报道:我国第一颗绕月探测卫星“嫦娥一号”于2007年在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭发射升空.假设该卫星的轨道是圆形的,且贴近月球表面.若已知该卫星的运行周期、月球的半径、万有引力常量,则可求出( )
正确答案
解析
解:设该卫星的运行周期为T、质量为m,月球的半径为R、质量为M,则
G
得,M=,即可求出月球的质量M,不能求出卫星m.
月球的密度为ρ==
=
,即可求出月球的密度.
由mg=m,则月球表面的重力加速度g=
,即可求出月球表面的重力加速度.
故选ABD.
如果发射人造卫星速度大于7.9km/s,而小于11.2km/s,它绕地球运动是______(填“圆”或“椭圆”).
正确答案
椭圆
解析
解: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.
故答案为:椭圆
如图所示,将卫星发射至近地圆轨道1,然后再次点火,将卫星送入同步轨道3,轨道1、2相切于Q,2、3相切于P点,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、因为卫星在轨道上飞行只受引力,根据机械能守恒条件知道,
卫星在椭圆轨道上飞行时机械能守恒,由于远地点P的势能大于近地点Q势能,所以远地点P的动能就小于近地点Q的动能.所以卫星在轨道2上经过Q点时的速度大于它在轨道2上经过P点时的速度,故A错误;
B、根据万有引力提供向心力列出等式:
=ma
加速度a=
所以卫星在轨道1上经过Q点时的加速度等于它在轨道2上经过Q点时的加速度,故B正确;
C、向心加速度a=
所以卫星在轨道1上的向心加速度大于它在轨道3上的向心加速度.故C错误;
D、根据万有引力提供向心力列出等式:
=mω2r
ω=
所以卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度.故D正确;
故选:BD.
由于通信和广播等方面的需要,许多国家发射了地球同步轨道卫星,这些卫星的质量可以不同、轨道平面相同、运行速率相同、离地高度相同、绕地球运动的角速度与地球自转的角速度相同;若某一同步卫星离地球球心距离为r,向心加速度为大小为a1,运行速率为v1;地球赤道上物体随地球自转的向心加速度大小为a2,运行速率为v2,地球半径为R.则( )
正确答案
解析
解:AB、由于地球同步卫星的周期与地球自转周期相同,所以角速度相等,根据向心加速度a=rω2可知,向心加速度之比等于轨道半径之比,所以,故A正确,B错误.
CD、线速度与角速度的关系有v=rω可知,线速度之比,故CD均错误.
故选:A.
如图所示,在同一轨道平面上,有绕地球做匀速圆周运动的卫星A、B、C,某时刻位置在同一条过地心的直线上,则( )
正确答案
解析
解:研究卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心得:
F=G=m
=m
r=ma,
A、T=2π,因为rA<rB<rC,所以TC>TB>TA.所以经过一段时间,A回到原位置时,B、C没有回到原位置,故A错误,B错误;
C、a=,因为rA<rB<rC,所以卫星C的向心加速度最小,故C正确;
D、v=,因为rA<rB<rC,所以卫星C的线速度最小,故D错误;
故选:C.
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