- 万有引力与航天
- 共16469题
(多)气象卫星可以测量气象数据,分为两类.我国先后自行成功研制和发射了“风云Ⅰ号”和“风云Ⅱ号”两颗气象卫星,“风云Ⅰ号”卫星轨道与赤道平面垂直并且通过两极,称为“极地圆轨道”,每12h巡视地球一周.“风云Ⅱ号”气象卫星轨道平面在赤道平面内,称为“地球同步轨道”,每24h巡视地球一周,则“风云Ⅰ号”卫星比“风云Ⅱ号”卫星( )
正确答案
解析
解:A、由卫星所受万有引力提供向心力,得:
F==m
=ma
v=,可知轨道半径越大,线速度越小,所以“风云Ⅰ号”卫星线速度大,故A正确;
B、由题意,“风云Ⅰ号”卫星比“风云Ⅱ号”卫星运行周期小,借助于开普勒定律可知,“风云Ⅰ号”卫星的轨道半径小,要向更高轨道发射卫星需要克服重力做更多的功,故高轨道卫星比低轨道的卫星需要更大的发射速度,所以可知“风云Ⅰ号”卫星发射速度小,故B正确.
C、万有引力F=,因为两卫星质量关系不清楚,不能判断万有引力的大小,故C错误.
D、加速度a=,可知“风云Ⅰ号”卫星向心加速度大,故D正确.
故选:ABD
如图所示,三颗质量均为m的地球同步卫星等间隔分布在半径为r的圆轨道上,设地球质量为M,半径为R.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、根据万有引力定律可知,质量分布均匀的球体间的引力距离r等于两球心间的距离,而r-R为同步卫星距地面的高度,故A错误;
B、计算卫星与地球间的引力,r应为卫星到地球球心间的距离也就是卫星运行轨道半径r,故B选项正确;
C、根据几何关系可知,两同步卫星间的距离d=,故两卫星间的引力大小为
,故C正确;
D、卫星对地球的引力均沿卫星地球间的连线向外,由于三颗卫星质量大小相等,对地球的引力大小相等,又因为三颗卫星等间隔分布,根据几何关系可知,地球受到三个卫星的引力大小相等方向成120°角,所以合力为0,故D错误.
故选BC.
2011年4月10日我国成功发射了北斗导航系统的第8颗卫星,该卫星绕地球做圆周运动的周期约为12小时,下列表述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、同步卫星的周期是24h,而该卫星的周期为12h,矿该卫星不是地球同步卫星,故A错误;
B、同步卫星,万有引力提供向心力,与地球自转同步,故轨道平面与赤道平面重合,根据,各个同步卫星的轨道半径相等,故只有一条同步轨道,B错误;
C、万有引力提供向心力,故,即向心力距离的二次方成反比,故C错误;
D、近地卫星的周期T=,代入地球半径和地球表面重力加速度知,近地卫星的周期T=1024s=84min=1.4h,根据开普勒行星运动定律知,该卫星的周期大于近地卫星的周期,故轨道半径大于近地卫星的轨道半径,故D正确.
故选:D.
关于人造地球卫星所受向心力与轨道半径r的关系,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、人造地球卫星的轨道半径变化时,卫星与地球质量不变,由F=可知,向心力与r2成反比,故A正确
B、人造地球卫星的轨道半径变化时,速度v变化,所以由F=m可知,向心力与r成反比是错误的,故B错误
C、公式F=mrω2中,ω均与半径r有关,所以向心力与r成正比是错误的,故C错误;
D、由F=mvω可知,ω、v均与半径r有关,故D错误;
故选:A.
“天宫一号”(高度约为350km)和“神舟八号”在对接前,在各自的轨道上绕地球沿同一方向做匀速圆周运动.它们的位置如图所示,A代表“天宫一号”,B代表“神舟八号”,C代表地球同步卫星,虚线为各自的轨道,以下错误的是( )
正确答案
解析
解:A、“神舟八号”在较低轨道上点火加速时,所需要的向心力变大,万有引力不变,所以飞船做离心运动,轨道半径变大,从而能实现对接,故A正确;
B、根据ma=G,知加速度 a=
由于对接前,“神舟八号”的轨道半径比“天宫一号”的小,所以,“神舟八号”的加速度大于“天宫一号”的加速度,故B正确.
C、第一宇宙速度是卫星最大的环绕速度,所以对接后,“天宫一号”的速度小于地球的第一宇宙速度,故C正确
D、由开普勒第三定律=k,知轨道半径越大,运行周期越大,所以对接后,“天宫一号”的运行周期小于地球同步卫星的周期,故D错误
本题选错误的,故选:D.
在2012年发射神舟九号和神舟十号载人飞船,与天宫一号进行载人交会对接试验成功.按照计划,到2020年左右,中国将建成首个在轨大型空间站,实现由人长期居住的目标.空间站在运行时受到大气的阻力,轨道高度会不断降低,那么空间站在降低高度的过程中,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:
A、线速度可知,随着轨道半径r的减小,空间站的线速度增加,动能变大,故A正确;
B、向心力由万有引力提供,随着半径减小,万有引力增大,故B正确;
C、运行周期T=,知随着半径减小周期减小,故C错误;
D、角速度,知随着半径减小角速度增大,故D错误.
故选:AB.
已知一颗人造卫星在某行星表面绕行星做匀速圆周运动,经过时间t秒,卫星的路程为s米,卫星与行星的中心连线扫过的角度是1弧度,那么该卫星的环绕周期是多少?设万有引力恒量为G,该行星的质量是多少?
正确答案
解:(1)因为卫星做匀速圆周运动,则有(秒)
(2)设卫星做圆周运动的半径为r,则
∵s=θ•r,
∴(米)
行星对卫星的万有引力提供卫星的向心力,则:
∴M==
答:该卫星的环绕周期是2πt;
解析
解:(1)因为卫星做匀速圆周运动,则有(秒)
(2)设卫星做圆周运动的半径为r,则
∵s=θ•r,
∴(米)
行星对卫星的万有引力提供卫星的向心力,则:
∴M==
答:该卫星的环绕周期是2πt;
人造卫星绕地球的运动可近似看成匀速圆周运动.一颗质量为m的人造卫星在距地球表面高h处绕地球做圆周运动.如果地球半径为R,万有引力常量为G,该卫星绕地球运动周期为T,求:
(1)该卫星所受到的万有引力是多大?
(2)地球的质量为多大?
正确答案
解:(1)因为卫星作匀速圆周运动,根据万有引力充当向心力,得该卫星所受到的万有引力为:
F=m()2(R+h)=
(2)设地球质量为M,根据万有引力提供向心力:=m(
)2(R+h),
得:M=
答:(1)该卫星所受到的万有引力是.
(2)地球的质量为.
解析
解:(1)因为卫星作匀速圆周运动,根据万有引力充当向心力,得该卫星所受到的万有引力为:
F=m()2(R+h)=
(2)设地球质量为M,根据万有引力提供向心力:=m(
)2(R+h),
得:M=
答:(1)该卫星所受到的万有引力是.
(2)地球的质量为.
一宇航员到达半径为R、密度均匀的某星球表面,做如下实验:用不可伸长的轻绳拴一质量为m的小球,上端固定在O点,如图甲所示,在最低点给小球某一初速度,使其绕O点的竖直面内做圆周运动,测得绳的拉力F大小随时间t的变化规律如图乙所示.F1=7F2,设R、m、引力常量G以及F1为已知量,忽略各种阻力.以下说法正确是( )
正确答案
解析
解:A、设砝码在最低点时细线的拉力为F1,速度为v1,则
F1-mg=m…①
设砝码在最高点细线的拉力为F2,速度为v2,则
F2+mg=m…②
由机械能守恒定律得 mg2r+mV22=
mV12 …③
由①、②、③解得:
g=…④
F1=7F2,
所以该星球表面的重力加速度为.故A错误.
B、根据万有引力提供向心力得:G=
卫星绕该星球的第一宇宙速度为v=,故B错误.
C、在星球表面,万有引力近似等于重力
G=m′g…⑤
由④、⑤解得:M=,故C正确.
D、小球在最高点受重力和绳子拉力,根据牛顿运动定律得:
F2+mg=m≥mg
所以小球在最高点的最小速v2≥.故D错误.
故选:C.
2012年至2015年进入了我国北斗系统卫星发射的高峰期,北斗卫星系统由地球同步轨道卫星与低轨道卫星两种卫星组成,在正常轨道运行的这两种卫星比较 ( )
正确答案
解析
解:根据,得a=
,v=
,T=
.同步卫星的轨道半径大,则加速度较小,线速度较小,周期较大.故B、C正确,A、D错误.
故选BC.
2008年9月27日,当“神舟七号”飞船在轨道上做匀速圆周运动时,航天员翟志刚实现了中国航天员在太空舱外活动的壮举(如图),这是我国航天发展史上的又一里程碑.
(1)如果不计稀薄空气的阻力,当宇航员相对太空舱静止时,轻轻摘掉连在宇航员与太空舱之间的安全绳,此后宇航员将______
A.相对地心做匀速直线运动 B.相对地心做匀速圆周运动
C.距离地心越来越近 D.距离地心越来越远
(2)已知地球半径为R,地面的重力加速度为g,“神舟七号”飞船距离地面的高度为H.若宇航员整个出舱活动持续时间为t,求在这个过程中飞船绕地球球心转过的角度(用弧度值表示).
正确答案
解:(1)当宇航员相对太空舱静止时,轻轻摘掉连在宇航员与太空舱之间的安全绳,宇航员受地球的万有引力提供向心力,相对地心做匀速圆周运动.
故选:B.
(2)卫星围绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供圆周运动向心力有:
=mω2r,
r=R+H
在地球表面的物体受到的重力等于万有引力为:
=mg
解得:ω==
,
若宇航员整个出舱活动持续时间为t,在这个过程中飞船绕地球球心转过的角度为:
θ=ωt=t.
故答案为:(1)B
(2)转过的角度是t.
解析
解:(1)当宇航员相对太空舱静止时,轻轻摘掉连在宇航员与太空舱之间的安全绳,宇航员受地球的万有引力提供向心力,相对地心做匀速圆周运动.
故选:B.
(2)卫星围绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供圆周运动向心力有:
=mω2r,
r=R+H
在地球表面的物体受到的重力等于万有引力为:
=mg
解得:ω==
,
若宇航员整个出舱活动持续时间为t,在这个过程中飞船绕地球球心转过的角度为:
θ=ωt=t.
故答案为:(1)B
(2)转过的角度是t.
我国航天的下一个目标是登上月球,当飞船靠近月球表面的圆形轨道绕行几圈后登陆月球.飞船上有以下实验器材:
A.计时表一只
B.弹簧秤一把
C.已知质量为m的物体一个
D.天平一个(附有砝码)已知宇航员在绕行时及登陆后各做了一次测量,依据测量数据,可求月球的半径R和月球的质量M(已知引力常量为G).
(1)绕行时测量所选的器材为______;登陆后测量所选的器材为______(用选项符号表示);
(2)两次测量的物理量是______;
(3)试用所测物理量符号分别写出月球半径R和质量M的表达式R=______,M=______.
正确答案
A
BC
绕行周期T,物体m在月球表面重力F
解析
解:(1)重力等于万有引力
mg=
万有引力等于向心力:=mR
由以上两式解得 R=---①
M=-----②
由牛顿第二定律 F=mg------③
因而需要用计时表测量周期T,用天平测量质量,用弹簧秤测量重力;
绕行时测量所选的器材为A;登陆后测量所选的器材为BC.
(2)由第一问讨论可知,需要用计时表测量周期T,用天平测量质量,用弹簧秤测量重力;
故答案为:飞船绕月球表面运行的周期T,质量为m的物体在月球上所受的重力F.
(3)由①②③三式可解得
R=
M=
故答案为:(1)A; BC;
(2)绕行周期T,物体m在月球表面重力F;
(3);
一个人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,假如该卫星变轨后仍做匀速圆周运动,但速度减小为原来的,不考虑卫星质量的变化,则变轨前后卫星的( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力得
=m
=m
=ma=mω2r
速度v=,
该卫星变轨后仍做匀速圆周运动,但速度减小为原来的,则轨道半径变为原来的4倍.则轨道半径之比为1:4.
A、向心加速度a=,轨道半径之比为1:4,所以向心加速度大小之比为16:1.故A错误;
B、轨道半径之比为1:4,故B正确;
C、角速度ω=,轨道半径之比为1:4,所以角速度大小之比为8:1,故C错误;
D、T=2π,轨道半径之比为1:4,所以周期之比为1:8,故D正确;
故选:BD.
(2016•四川模拟)a、b、c三颗卫星同处于地球赤道表面,a(为发射)在地球赤道上随地球一起转动,b在地面附近近地轨道上正常运动,c是地球同步卫星,若所有卫星的运动均视为匀速圆周运动,各卫星排列位置如图所示,则下列关于卫星的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:ABC、根据得,向心加速度a=
,线速度v=
,周期T=
,c的轨道半径大于b的轨道半径,则vb>vc,ab>ac,Tb<Tc.
因为c为同步卫星,则a、c的周期相等,角速度相等,根据v=rω知,vc>va,根据a=rω2知,ac>aa,故A正确,BC错误.
D、因为a、b、c卫星的质量未知,无法比较向心力的大小关系,故D错误.
故选:A.
某人造地球卫星因受高空稀薄空气的阻气作用,绕地球运转的轨道会慢慢改变,每次测量中卫星的运动可近似看作圆周运动.某次测量卫星的轨道半径为r1,后来变为r2,r2<r1.以Ek1、Ek2表示卫星在这两个轨道上的动能,T1,T2表示卫星在这两上轨道上绕地运动的周期,则( )
正确答案
解析
解:根据万有引力等于向心力,则得
G=m
r=m
则得T=2π,v=
,得 动能Ek=
mv2=
由题意,r2<r1,得Ek2>Ek1 T2<T1.
故选C
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