- 万有引力与航天
- 共16469题
地球质量为M,半径为R.一颗质量为m的人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,卫星距地面的高度为h,已知引力常量G,求:
(1)地球对卫星的万有引力的大小;
(2)人造卫星的线速度大小.
正确答案
解:(1)根据万有引力定律表达式得地球对卫星的万有引力的大小为:F=.
(2)由地球的万有引力提供向心力,则有:=m
v=,
答:(1)地球对卫星的万有引力的大小是;
(2)人造卫星的线速度大小是.
解析
解:(1)根据万有引力定律表达式得地球对卫星的万有引力的大小为:F=.
(2)由地球的万有引力提供向心力,则有:=m
v=,
答:(1)地球对卫星的万有引力的大小是;
(2)人造卫星的线速度大小是.
2007年10月24日,我国自行研制的“嫦娥一号”探月飞船顺利升空,此后经过多次变轨,最终成功地实现了在距离月球表面200km左右的圆形轨道上绕月飞行.若飞船绕月运行的圆形轨道半径增大,则飞船的( )
正确答案
解析
解:设“嫦娥一号”的质量为m,轨道半径为r,月球的质量为M,则有
G═m
=m
得,线速度为v=,周期T=2πr
,
则飞船绕月运行的圆形轨道半径r增大后,其线速度v减小,周期T增大.故D正确,ABC均错误.
故选D
我国探月工程中相继发射了“嫦娥一号”和“嫦娥二号”两颗卫星,其中“嫦娥一号”卫星在离月球表面200km高度的极月圆轨道绕月球飞行,“嫦娥二号”卫星环绕月球飞行的轨道高度为100km.与“嫦娥一号”相比,“嫦娥二号”的( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有:
A、加速度,得轨道半径小的加速度大,故A错误;
B、速度,得轨道半径小的线速度大,故B错误;
C、角速度,得轨道半径小的角速度大,故C错误;
D、周期,得轨道半径小的周期小,故D正确.
故选:D
航天飞机在完成对哈勃太间望远镜的维修任务后,在A点短时间开动小型发动机进行变轨,从圆形轨道1进入椭圆道2,B为轨道2上的一点,如图所示. 则卫星在从轨道1上的A点变轨运行到轨道2上的B点的过程中,①加速度逐渐增大; ②线速度逐渐增大; ③机械能逐渐增大; ④周期逐渐增大; ⑤向心力逐渐增大.以上叙述正确的是( )
正确答案
解析
解:①、根据a=,因r变小,则运动过程中加速度变大,正确②引力做正功,则线速度变大,正确,③、只有引力做功,则机械能守恒,错误
④由开普勒定律可知半径变小,周期变大,正确,⑤速度变大,r变小,则向心力变大.正确.
则C正确
故选:C
2013年12月2日凌晨,我国发射了“嫦娥三号”登月探测器.“嫦娥三号”由地月转移轨道到环月轨道飞行的示意图如图所示,P点为变轨点,则“嫦娥三号”( )
正确答案
解析
解:A、“嫦娥三号”登月探测器在轨道1上经过P点时要减速,使其受到的万有引力大于需要的向心力,而做向心运动才能进入轨道2,故经过P点的速率,轨道1的一定大于轨道2的,故A错误.
B、根据万有引力提供向心力G=ma,解得:a=
,由此可知,P到月球的距离r相同,a相等,故经过P点的加速度,轨道1的一定等于轨道2的,故B正确.
C、根据开普勒第三定律=k可知,r越大,T越大,故轨道1的周期一定大于轨道2的运行周期,故C错误,
D、因为卫星在轨道1上经过P点时减速,做向心运动才能进入轨道2,即外力对卫星做负功,机械能减小,故轨道1的机械能一定大于轨道2的机械能,故D正确.
故选:BD.
据新华社北京11月1日电(记者张辛欣)1日,探月工程三期再入返回飞行试验任务的返回器经历了数天的太空之旅后平安回家,标志着探月工程全面转入无人自主采样返回新阶段.中国探月工程以无人探测为主,分三个实施阶段:“绕”“落”“回”三步走.2007年10月24日,嫦娥一号卫星由长征三号甲运载火箭在西昌卫星发射中心成功发射升空.2013年12月2日,嫦娥三号在西昌卫星发射中心发射,2013年12月14日,嫦娥三号成功着陆月球.设探月卫星可贴近月球表面运动且轨道是圆形的,已知地球半径约是月球半径的4倍,地球质量约是月球质量的81倍,地球近地卫星的周期约为84min,地球表面重力加速度g取10m/s2,则( )
正确答案
解析
解:在星球表面重力与有引力相等,据此有:可得重力加速度g=
,所以月球表面的重力加速度为:g
A、近地卫星的周期T=,故月球的近月卫星周期为:T
,故A错误;
B、根据自由落体规律有落地时间为:t==
,故B正确;
C、月球表面的发射速度为:v=1.76km/s,故C错误;
D、绕月球表面匀速圆周运动的探月卫星其向心加速度等于月球表面的重力加速度即为:a=,故D错误.
故选:B.
在人类认识宇宙的过程中,有的科学家测量出地球质量为M,地球半径为R,万有引力常量为G,距离地面高度h处有一环绕地球做匀速圆周运动的卫星.则:
(1)此卫星的速度大小为多少?
(2)此卫星的运动周期为多少?
正确答案
解:(1)卫星绕地球圆周运动,万有引力提供圆周运动向心力有:
可得卫星的线速度v=
(2)卫星绕地球圆周运动,万有引力提供圆周运动向心力有:
可得周期为:T=2π
答:(1)此卫星的速度大小为
(2)此卫星的运动周期为2π
解析
解:(1)卫星绕地球圆周运动,万有引力提供圆周运动向心力有:
可得卫星的线速度v=
(2)卫星绕地球圆周运动,万有引力提供圆周运动向心力有:
可得周期为:T=2π
答:(1)此卫星的速度大小为
(2)此卫星的运动周期为2π
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,卫星的质量为m,处于地球的同步轨道上,假设其离地面高度为h,地球半径为R,地面附近重力加速度为g,求:
(1)该卫星所在处的重力加速度;
(2)该卫星周期与近地卫星周期之比;
(3)该卫星运动的动能.
正确答案
解:(1)由ma=得:a=
①
又 GM=gR2 ②
则a=
(2)由 可得
(3) ③v=
=
④
由③④式可得:EK=
答:1)该卫星所在处的重力加速度为
(2)该卫星周期与近地卫星周期之比为;
(3)该卫星运动的动能为
解析
解:(1)由ma=得:a=
①
又 GM=gR2 ②
则a=
(2)由 可得
(3) ③v=
=
④
由③④式可得:EK=
答:1)该卫星所在处的重力加速度为
(2)该卫星周期与近地卫星周期之比为;
(3)该卫星运动的动能为
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,它将在两年内分别与神舟八号、神舟九号、神舟十号飞船对接,从而建立我国第一个空间实验室.假如神舟八号与天宫一号对接前所处的轨道如图所示.当它们处于如图所示的轨道运行时,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,,半径大的天宫一号的加速度小.故A错误;
B:根据万有引力提供向心力,,
,半径大的天宫一号的线速度小.故B错误;
C:根据万有引力提供向心力,,
,半径大的天宫一号的周期大.故C错误;
D:神舟八号加速后,线速度瞬时变大,需要的向心力增大,故做离心运动,轨道升高,可实现与天宫一号对接,故D正确.
故选:D
同一遥感卫星离地面越近时,获取图象的分辨率也就越高.则当图象的分辨率越高时,卫星的( )
正确答案
解析
解:分辨率越高,可知r越小,根据万有引力提供向心力,G=ma=mrω2=m
=mr
,得:a=
,v=
,ω=
,T=2π
.可知r越小,向心加速度越大,线速度越大,角速度越大,周期越小.故A、B、C错,D对.
故选D.
设人造地球卫星绕地球作匀速圆周运动,卫星离地面越低,则卫星的环绕速度越______;(填“大、小”,下同)角速度越______;向心加速度越______;周期越______.
正确答案
大
大
大
小
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有:
=m
=mω2r=ma=m
v=,ω=
,a=
,T=2π
,
卫星离地面越低,轨道半径r越小,
则卫星的环绕速度越大,角速度越大;向心加速度越大;周期越小.
故答案为:大;大;大;小.
2013年12月11日,“嫦娥三号”从距月面高度为100km的环月圆轨道Ⅰ上的P点实施变轨,进入近月点为15km的椭圆轨道Ⅱ,由近月点Q成功落月,如图所示.关于“嫦娥三号”,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、沿轨道Ⅰ运动至P时,制动减速,万有引力大于向心力做向心运动,才能进入轨道Ⅱ.故A正确;
B、根据开普勒第三定律k=可得半长轴a越大,运动周期越大,显然轨道Ⅰ的半长轴(半径)大于轨道Ⅱ的半长轴,故沿轨道Ⅱ运动的周期小于沿轨道І运动的周期,故B错误;
C、根据=ma得:a=
,沿轨道Ⅱ运行时,在P点的加速度小于在Q点的加速度,故C错误;
D、在轨道Ⅱ上由P点运行到Q点的过程中,万有引力方向与速度方向成锐角,万有引力对其做正功,故D错误.
故选:A.
已知地球表面的重力加速度为g,地球的半径为R.某星球的质量是地球的8倍,半径是地球的2倍.求:
(1)地球的第一宇宙速度v;
(2)某星球表面的重力加速度g′.
正确答案
解:(1)因为卫星绕地球表面附近做圆周运动,所以可认为其轨道半径是地球的半径R,万有引力等于重力,
由万有引力提供卫星做圆周运动的向心力得:
mg=m
得第一宇宙速度:v=
(2)在星球表面,根据万有引力等于重力得:
地球表面:
某星球表面:,
根据某星球的质量是地球的8倍,半径是地球的2倍,
解得:g′=2g
答:(1)地球的第一宇宙速度v为;
(2)某星球表面的重力加速度g′为2g.
解析
解:(1)因为卫星绕地球表面附近做圆周运动,所以可认为其轨道半径是地球的半径R,万有引力等于重力,
由万有引力提供卫星做圆周运动的向心力得:
mg=m
得第一宇宙速度:v=
(2)在星球表面,根据万有引力等于重力得:
地球表面:
某星球表面:,
根据某星球的质量是地球的8倍,半径是地球的2倍,
解得:g′=2g
答:(1)地球的第一宇宙速度v为;
(2)某星球表面的重力加速度g′为2g.
关于几颗做匀速圆周运动的人造地球卫星,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,由地球的万有引力提供向心力,则有
=m
r=m
=ma=mω2r,
v=,ω=
,a=
,T=2π
,
式中M是地球的质量,r是卫星的轨道半径,轨道半径增大,速率、角速度、向心加速度都减小,周期增大.故B正确,ACD错误.
故选:B
2011年中俄联合实施探测火星活动计划,由中国负责研制的“萤火一号”火星探测器与俄罗斯研制的“福布斯-土坡”火星探测器一起由俄罗斯“天顶”运载火箭发射前往火星.如果火星的质量为地球质量的,火星的半径为地球半径的
那么关于火星探测器,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、火星探测器前往火星,脱离地球引力束缚,还在太阳系内,发射速度应大于第二宇宙速度、小于第三宇宙速度,故A错误;
B、物体的密度:,所以
.故B正确.
C、由,得:g=
,所以:
.故C正确;
D、由得,v=
;已知火星的质量约为地球的
,火星的半径约为地球半径的
.
火星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的倍,故D错误.
故选:BC.
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