- 万有引力与航天
- 共16469题
质量为m的人造卫星在地面上未发射时的重力为G0,它在离地面的距离等于地球半径R的圆形轨道上运行时的( )
正确答案
解析
解:由万有引体提供向心力,
=m
=m
…①
由题意可知,r=2R.
质量为m的人造卫星在地面上未发射时的重力为G0,
根据万有引力等于重力得:GM=gR2=R2…②
由①②解得:周期T=,速度v=
,动能为Ek=
,
重力不为零.故AC正确,B、D错误.
故选:AC.
地球半径R,表面重力加速度g,绕地球圆周运动的卫星距地面高度2R,求卫星绕地球圆周运动的角速度.
正确答案
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得:
①
在地球表面的物体受到的重力等于万有引力为
G=mg②
由①②解得:ω=
答:卫星绕地球圆周运动的角速度为.
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得:
①
在地球表面的物体受到的重力等于万有引力为
G=mg②
由①②解得:ω=
答:卫星绕地球圆周运动的角速度为.
关于地球同步卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:同步卫星与地球保持相对静止,可知同步卫星必须位于赤道的上方.同步卫星的周期一定,与地球的自转周期相等.根据万有引力提供向心力知,轨道半径一定,则卫星的高度一定,轨道半径一定,则卫星的速度大小一定.对于同步卫星的质量,不一定相同.故B、D正确,A、C错误.
故选:BD.
一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,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
故解:卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:
G=m
,解得:r=
,卫星的线速度v减小为原来的
,则:r′=2r;
A、由牛顿第二定律得:G=mω2r,解得:ω=
,则:
=
=
,故A错误;
B、由牛顿第二定律得:G=ma,解得:a=
,则:
=
=
,故B正确;
C、由牛顿第二定律得:G=m(
)2r,解得:T=2π
,则:
=
=
,故C错误;
D、万有引力提供向心力:F=G,则:
=
=
,故D错误;
故选:B;
“神舟”六号飞船在预定圆轨道上飞行,每绕地球一圈需要时间90min,每圈飞行路程约为L=4.2×104km,试根据以上数据估算地球的质量和密度.(地球的半径R约为6.37×103km,万有引力常量G取6.67×10-11N•m2/kg2,结果保留两位有效数字)
正确答案
解:每圈飞行路程约为L=4.2×104km,
由L=2πr可得 r==6.68×103km,
飞船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
=m
M==6.0×1024kg,
根据密度的定义式得
ρ==
=5.6×103kg/m3.
答:地球的质量是6.0×1024kg,密度是5.6×103kg/m3.
解析
解:每圈飞行路程约为L=4.2×104km,
由L=2πr可得 r==6.68×103km,
飞船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
=m
M==6.0×1024kg,
根据密度的定义式得
ρ==
=5.6×103kg/m3.
答:地球的质量是6.0×1024kg,密度是5.6×103kg/m3.
发射地球同步卫星时,先将卫星发射到近地圆轨道1,然后点火,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,则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,下列说法中正确的是( )
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,有
=mω2r=m
=ma
A、v=,轨道3的卫星半径大,速率小,故A错误;
B、ω=,轨道3的卫星半径大,角速度小,故B正确;
C、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,卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度,故CD错误;
故选:B.
我国的北斗卫星导航系统计划由35颗卫星组成,包括5颗静止轨道卫星、27颗中轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星.假设地球质量为M,地球半径为R,中轨道卫星离地高度为4R,引力常量为G,求:
(1)中轨道卫星绕地球做圆周运动的加速度;
(2)中轨道卫星绕地球做圆周运动的线速度.
正确答案
解:(1)中轨道卫星绕地球做圆周运动,根据万有引力提供向心力,
=ma
r=4R+R=5R
解得a=,
(2)中轨道卫星绕地球做圆周运动,根据万有引力提供向心力,
=m
r=4R+R=5R
解得v=,
答:(1)中轨道卫星绕地球做圆周运动的加速度是;
(2)中轨道卫星绕地球做圆周运动的线速度是.
解析
解:(1)中轨道卫星绕地球做圆周运动,根据万有引力提供向心力,
=ma
r=4R+R=5R
解得a=,
(2)中轨道卫星绕地球做圆周运动,根据万有引力提供向心力,
=m
r=4R+R=5R
解得v=,
答:(1)中轨道卫星绕地球做圆周运动的加速度是;
(2)中轨道卫星绕地球做圆周运动的线速度是.
某行星的质量为地球质量的p倍,半径为地球半径的q倍,已知地球的第一宇宙速度为v,则该行星的第一宇宙速度为( )
正确答案
解析
解:设地球质量M,某星球质量6M,地球半径r,某星球半径1.5r
由万有引力提供向心力做匀速圆周运动得:,
解得:卫星在圆轨道上运行时的速度公式v=
分别代入地球和某星球的各物理量得:v地球=
v星球=,故C正确、ABD错误.
故选:C.
(2015秋•湖北月考)2013年6月13日神舟十号与天官一号完成自动交会对接.可认为天宫一号绕地球做匀速圆周运动,对接轨道所处的空间存在极其稀薄的空气,则下面说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、失重状态说明航天员对悬绳或支持物体的压力为0,而地球对他的万有引力提供他随天宫一号围绕地球做圆周运动的向心力,故A错误;
B、第一宇宙速度为最大环绕速度,两者运行速度的大小一定小于第一宇宙速度,故B错误;
C、卫星本来做圆周运动,满足万有引力提供向心力即,对接轨道所处的空间存在极其稀薄的空气,由于摩擦阻力作用卫星的线速度减小,提供的引力大于卫星所需要的向心力故卫星将做近心运动,即轨道半径将减小.故C错误;
D、根据万有引力提供向心力有:得:v=
,轨道高度降低,在新的轨道做圆周运动卫星的线速度较大,故动能将增大,故D正确;
故选:D
为了迎接太空时代的到来,美国国会通过一项计划:在2050年前建造成太空升降机,就是把长绳的一端搁置在地球的卫星上,另一端系住升降机,放开绳,升降机能到达地球上,科学家可以控制卫星上的电动机把升降机拉到卫星上.已知地球表面的重力加速度g=10m/s2,地球半径R=6400km,地球自转周期为24h.某宇航员在地球表面测得体重为800N,他随升降机垂直地面上升,某时刻升降机加速度为10m/s2,方向竖直向上,这时此人再次测得体重为850N,忽略地球公转的影响,根据以上数据( )
正确答案
解析
解:A、因为不知道升降机的质量,所以求不出升降机所受的万有引力.故A错误.
B、C根据牛顿第二定律:N-mg′=ma,求出重力加速度g′.再根据万有引力等于重力:G=mg′,可求出高度h.故C正确.
根据地球表面人的体重G宇=800N和地球表面重力加速度g=10m/s2,可知宇航员的质量为 m==80kg.
由于升降机不一定做匀加速直线运动,不能由运动学公式v2=2ah求出此时宇航员的速度v,则不能求得宇航员的动能.故B错误.
D、根据万有引力提供向心力:G=m(R+h)(
)2,GM=gR2,可求出同步卫星离地面的高度,高度等于绳长.故D正确.
故选:CD
我国登月嫦娥工程“嫦娥探月”已经进入实施阶段.设引力常数为G,月球质量为M,月球半径为r,月球绕地球运转周期为T0,探测卫星在月球表面做匀速圆周运动,地球半径为R,地球表面的引力加速度为g,光速为c.求:
(1)卫星绕月运转周期T是多少?
(2)若地球基地对卫星进行测控,则地面发出信号后至少经多长时间才能收到卫星的反馈信号?
正确答案
解:(1)由于月球引力提供向心力
则
(2)由于地球引力提供月球运动的向心力
而在地球表面上
答:(1)卫星绕月运转周期T是.
(2)若地球基地对卫星进行测控,则地面发出信号后至少经才能收到卫星的反馈信号.
解析
解:(1)由于月球引力提供向心力
则
(2)由于地球引力提供月球运动的向心力
而在地球表面上
答:(1)卫星绕月运转周期T是.
(2)若地球基地对卫星进行测控,则地面发出信号后至少经才能收到卫星的反馈信号.
北京时间2010年6月2日晚23时53分,中国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭,将第四颗北斗导航卫星成功送入太空预定同步轨道,这标志着北斗卫星导航系统组网建设又迈出重要一步.已知地球半径为R,地球自转周期为T,地球表面重力加速度为g.求:
(1)北斗导航卫星距地面的高度h
(2)北斗导航卫星与地球近地卫星线速度之比(用题中物理量表示)
正确答案
解:(1)地球表面物体受地球引力近似等于重力,有:
北斗卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力.有:
由①②式得:
(2)近地卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力.
可得近地卫星的速度:
北斗卫星线速度为:
得:=
答:(1)北斗导航卫星距地面的高度h为
(2)北斗导航卫星与地球近地卫星线速度之比为.
解析
解:(1)地球表面物体受地球引力近似等于重力,有:
北斗卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力.有:
由①②式得:
(2)近地卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力.
可得近地卫星的速度:
北斗卫星线速度为:
得:=
答:(1)北斗导航卫星距地面的高度h为
(2)北斗导航卫星与地球近地卫星线速度之比为.
如图所示,两颗卫星围绕着质量为M的中心星体做匀速圆周运动.若两颗卫星和中心星体始终在同一直线上,两颗卫星间的作用及其他星体对两颗卫星的作用均忽略不计,则下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:两颗卫星和中心星体始终在同一直线上,说明两颗卫星的周期相同,根据万有引力提供向心力,有:
=ma=m
=m
r
T=2π,周期相同说明两颗卫星的轨道半径相等,故A正确,B正确;
C、a=,两颗卫星的向加速度方向不同,故C错误;
D、v=,两颗卫星的速度大小相等,但两卫星质量未知,所以两颗卫星的动能不一定相等,故D错误;
故选:AB.
2012年6月18日,神州九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地面343km的近圆形轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接.对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气,下面说法正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、又第一宇宙速度为最大环绕速度,天宫一号的线速度一定小于第一宇宙速度.故A错误;
B、根据万有引力提供向心力有:=m
v=
可得轨道高度降低,卫星的线速度增大,故动能将增大,但机械能减小,所以B错误;
C、卫星本来满足万有引力提供向心力即:=m
由于摩擦阻力作用卫星的线速度减小,提供的引力大于卫星所需要的向心力故卫星将做近心运动,即轨道半径将减小,故C正确;
D、失重状态说明航天员对悬绳或支持物体的压力为0,而地球对他的万有引力提供他随天宫一号围绕地球做圆周运动的向心力,所以D错误
故选:C.
已知地球半径R,地球表面重力加速度g,地球自转周期为T.
(1)试求地球的第一宇宙速度;
(2)若发射一颗地球同步卫星,使它在赤道上空运转,求其离地的高度H;
(3)若有一颗人造卫星在赤道上空靠近地面运行,某时刻经过地面一建筑物上空,求经过多长时间再次通过该建筑物的上空.(已知卫星运行方向与地球自转方向相同)
正确答案
解:(1)设卫星质量为m,根据卫星做圆周运动是由万有引力提供向心力,则有:
解得:
(2)根据万有引力提供向心力:
又在地球表面的物体受到的重力等于万有引力,有:
得:
(3)近地卫星周期为T1,有:
得:
设又经时间t达到建筑物正上方,有:
解得:
答:(1)试求地球的第一宇宙速度为;
(2)若发射一颗地球同步卫星,使它在赤道上空运转,则其离地的高度H为;
(3)若有一颗人造卫星在赤道上空靠近地面运行,某时刻经过地面一建筑物上空,则经过再次通过该建筑物的上空.
解析
解:(1)设卫星质量为m,根据卫星做圆周运动是由万有引力提供向心力,则有:
解得:
(2)根据万有引力提供向心力:
又在地球表面的物体受到的重力等于万有引力,有:
得:
(3)近地卫星周期为T1,有:
得:
设又经时间t达到建筑物正上方,有:
解得:
答:(1)试求地球的第一宇宙速度为;
(2)若发射一颗地球同步卫星,使它在赤道上空运转,则其离地的高度H为;
(3)若有一颗人造卫星在赤道上空靠近地面运行,某时刻经过地面一建筑物上空,则经过再次通过该建筑物的上空.
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