- 万有引力与航天
- 共16469题
甲、乙为两颗人造地球卫星,其中甲为地球的同步卫星,乙的运行高度低于甲的运行高度,两卫星轨道均可视为圆轨道.以下判断正确的( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力
=m
r=m
=ma=mω2r,
得ω=,由甲的高度大于乙的高度,可知甲的角速度小于乙的角速度.故A错误.
B、根据万有引力提供向心力得v=,第一宇宙速度是近地圆轨道的环绕速度,即当r取最小值R时的速度,是圆轨道运行的最大速度.故甲和乙的速度均小于第一宇宙速度.故B错误.
C、根据万有引力提供向心力得a=,由甲的高度大于乙的高度,可知甲的加速度小于乙的加速度.故C正确.
D、同步卫星有四个“定”:定轨道、定高度、定速度、定周期,定轨道是指轨道只能在赤道上空某一高度,故甲在运行时不可能经过北极的正上方.故D错误.
故选:C.
人类在不断地探索宇宙的奥秘,经过长时间的观测,科学家在太空中发现了一颗未知天体,在其周围有很多的卫星环绕该天体运行,其中有一颗卫星M在天体的表面环绕该天体运行.卫星M与该天体其他卫星相比较,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星M在未知天体表面运行时,其轨道半径与近似等于未知天体的半径,由开普勒第三定律可知,轨道半径越小,环绕周期也越小,则A错误;
B、卫星M可以在过地心的任何平面内绕未知天体的球心做圆周运动,卫星M不一定在赤道平面内,故B错误;
C、由于卫星M的质量与其他卫星的质量关系未知,因此无法确定万有引力大小关系,故C错误;
D、根据得:v=
,由于卫星M的半径最小,线速度最大,故D正确.
故选:D
2013年2月16日凌晨,“2012DA14”小行星与地球“擦肩而过”,距离地球最近约2.77万公里.据观测它绕太阳公转的周期约为366天,比地球的公转周期多1天.假设小行星和地球绕太阳运行的轨道均为圆轨道,对应的轨道半径分别为R1、R2,线速度大小分别为v1、v2,角速度大小分别为ω1、ω2,向心加速度大小分别为a1、a2,以下关系式正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供圆周运动向心力有可知,半径大的周期大,故小行星的周期大,故半径大,A正确;
B、根据万有引力提供圆周运动向心力知,轨道半径大的线速度小,故B错误;
C、根据万有引力提供圆周运动向心力知,轨道半径大的角速度小,故C错误;
D、根据万有引力提供圆周运动向心力知,轨道半径大的向心加速度小,故D错误.
故选:A.
设地球的质量为M,平均半径为R,地球自转角速度为ω,地球表面处重力加速度为g,地球同步卫星质量为m,同步卫星离地面高度为h,引力常量为G,则有关同步卫星的说法正确的是( )
正确答案
解析
解:在地球表面重力与万有引力相等有:,可知GM=gR2
A、同步卫星的轨道半径为R+h,根据万有引力表达式有:,故A正确;
B、同步卫星的万有引力提供圆周运动向心力有即:
可得:R+h=
代入=
,故B正确;
C、由B分析知R+h=,所以同步卫星离地面高度h=
-R=
,故C错误;
D、由B分析知同步卫星的轨道半径为R+h=,据线速度与角速度的关系有v=r=
,故D正确.
故选:ABD.
随着航天事业的发展,深太空探测已逐渐成为各国关注的热点.假设深太空中有一颗星球,质量是地球质量的2倍,半径是地球半径的.则下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、星球表面重力与万有引力相等有,可得重力加速度
,所以
,所以某物体在该星球表面上所受重力是地球表面的所受重力的8倍,故A正确;
B、第一宇宙速度所以
,故B正确;
C、近地卫星的周期,所以
,故C错误;
D、根据万有引力提供圆周运动向心力有,可得卫星速率
,卫星轨道半径相同,而两星球质量M不等,故速度不相同,故D错误.
故选:AB.
(2015秋•无锡期末)若观测到释放后某一卫星绕地心做匀速圆周运动的轨道半径为r,经过时间t该卫星绕地心转过的角度为60°,则卫星在这段时间内的平均速度的大小为( )
正确答案
解析
解:卫星绕地心做匀速圆周运动的轨道半径为r,经过时间t该卫星绕地心转过的角度为60°,故位移为r;
故t时间内的平均速度为:
故选:B
某一人造卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为月球轨道半径的,则此卫星运行的周期大约是(d为“天”)( )
正确答案
解析
解:万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
r,
解得:T=2π,
卫星与月球的周期之比:=
.
月球绕地球运行周期大约为27天,
则卫星的周期为:T星═5.77 天.故B正确,ACD错误.
故选:B.
我国的“神舟八号”飞船与目标飞行器“天宫一号”成功实现对接,这在我国航天史上具有划时代意义.假设“神舟八号”飞船从椭圆轨道近地点O到达椭圆轨道的远地点P,在P点进行变轨,此后它的运行轨道变成圆形轨道,如图所示,则“神舟八号”飞船( )
正确答案
解析
解:A、第一宇宙速度7.9km/s是最大的环绕速度,故A错误;
B、根据a=,在Q点的加速度比P点的加速度大,故B错误;
C、在椭圆轨道远地点实施变轨成圆轨道是做逐渐远离圆心的运动,要实现这个运动必须万有引力小于飞船所需向心力,所以应给飞船加速,增加所需的向心力.因为飞船在远地点P点火加速,动能增加,外力对飞船做功,故飞船在此过程中机械能增加.故C错误
D、在椭圆轨道上运行时,只有重力做功,机械能不变,故D正确
故选:D.
有一种卫星叫做极地卫星,其轨道平面与地球的赤道平面成90°角,它常应用于遥感、探测等.假设有一个极地卫星绕地球做匀速周运动,已知该卫星的运动周期为(T0为地球的自转周期),地球表面的重力加速度为g,地球半径为R.则:
(1)该卫星一昼夜能有______次经过赤道上空;
(2)该卫星离地的高度H是______.
正确答案
8
-R
解析
解:(1)卫星周期T=,则卫星一昼夜绕地球转4圈,卫星每个周期经过赤道上空两次,因此一昼夜卫星经过地球赤道上空8次;
(2)卫星绕地球做圆周运动时,由万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:
G=m
(R+H)
在地球表面的物体受到的重力等于万有引力,即:
G=m′g
联立解得:H=-R.
故答案为:(1)8;(2)-R.
2012年6月24日,航天员刘旺手动控制“神舟九号”飞船完成与“天宫一号”的交会对接,形成组合体绕地球做匀速圆周运动,轨道高度为340km..测控通信由两颗在地球同步轨道运行的“天链一号”中继卫星、陆基测控站、测量船,以及北京飞控中心完成.根据以上信息和你对航天相关知识的理解,下列描述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、设飞船的质量为m,轨道为r,地球的质量为M.
根据牛顿第二定律得:G=m
=mω2r=m
r
则得,v=,ω=
,T=2π
由于同步卫星的轨道高度约3.6×104km,远大于组合体的高度,则根据上式可知,组合体匀速圆周运动的周期一定小于同步卫星的周期,即小于地球自转的周期.故A错误.
B、第一宇宙速度是卫星绕地球圆周运动的最大速度,等于近地卫星的速度,由上式知,组合体匀速圆周运动的线速度一定小于第一宇宙速度,故B错误.
C、由上式知,组合体的轨道半径较小,角速度较大,故C正确.
D、“神州九号”通过加速做离心运动,可以到“天宫一号”的轨道上去,从而实现和“天宫一号”对接,故D正确.
故选:CD
我国“嫦娥一号”月球探测器在绕月球成功运行之后,为进一步探测月球的详细情况,又发射了一颗绕月球表面飞行的科学试验卫星,假设该卫星绕月球的运动视为圆周运动,并已知月球半径为R,月球表面重力加速度为g,万有引力常量为G,不考虑月球自转的影响.
(1)求该卫星环绕月球运行的第一宇宙速度v1;
(2)若该卫星在没有到达月球表面之前先要在距月球某一高度绕月球做圆周运动进行调姿,且该卫星此时运行周期为T,求该卫星此时的运行半径r;
(3)由题目所给条件,请提出一种估算月球平均密度的方法,并推导出密度表达式.
正确答案
解:(1)第一宇宙速度是星球近表面圆轨道卫星运行的速度大小.
根据卫星的万有引力等于向心力得
=m
根据月球表面万有引力等于重力得:
=mg
联立求得:v1=
(2)根据卫星的万有引力等于向心力列出等式:
=
得:r=
根据月球表面万有引力等于重力得:
=mg 即GM=gR2
所以该卫星此时的运行半径r=
(3)根据月球表面万有引力等于重力得:
=mg
M=
月球平均密度ρ==
=
答:(1)该卫星环绕月球运行的第一宇宙速是
(2)该卫星此时的运行半径是;
(3)密度表达式是.
解析
解:(1)第一宇宙速度是星球近表面圆轨道卫星运行的速度大小.
根据卫星的万有引力等于向心力得
=m
根据月球表面万有引力等于重力得:
=mg
联立求得:v1=
(2)根据卫星的万有引力等于向心力列出等式:
=
得:r=
根据月球表面万有引力等于重力得:
=mg 即GM=gR2
所以该卫星此时的运行半径r=
(3)根据月球表面万有引力等于重力得:
=mg
M=
月球平均密度ρ==
=
答:(1)该卫星环绕月球运行的第一宇宙速是
(2)该卫星此时的运行半径是;
(3)密度表达式是.
我国成功发射一颗绕月运行的探月卫星.设该卫星的轨道是圆形的,且贴近月球表面.已知月球的质量约为地球质量的,月球的半径约为地球半径的
,地球上的第一宇宙速度为v1,地球表面重力加速度为g.求:
(1)月球表面的重力加速度;
(2)该探月卫星绕月运行的速率.
正确答案
解:(1)根据万有引力等于重力得,
则
所以.
(2)根据万有引力提供向心力得
解得v=
所以.
则v=.
答:(1)月球表面的重力加速度为.
(2)探月卫星绕月运行的速率为v=.
解析
解:(1)根据万有引力等于重力得,
则
所以.
(2)根据万有引力提供向心力得
解得v=
所以.
则v=.
答:(1)月球表面的重力加速度为.
(2)探月卫星绕月运行的速率为v=.
质量为m的卫星发射前静止在地球赤道表面.假设地球可视为质量均匀分布的球体,半径为R.
(1)已知地球质量为M,自转周期为T,引力常量为G.求此时卫星对地表的压力N的大小;
(2)卫星发射后先在近地轨道上运行(轨道离地面的高度可以忽略不计),运行的速度大小为v1,之后经过变轨成为地球的同步卫星,此时离地面高度为H,运行的速度大小为v2.
a.求比值;
b.若卫星发射前随地球一起自转的速度大小为v0,通过分析比较v0、v1、v2三者的大小关系.
正确答案
解:(1)卫星静止在地球上,随地球一起做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律得:
解得:N′=
根据牛顿第三定律可知卫星对地表的压力N的大小为:
N=N′=
(2)a、卫星围绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,则有:
,
,
解得:
b、同步卫星与地球自转的角速度相等,而半径大于地球半径,根据v=ωr可知,v2>v0,而v1>v2,所以v1>v2>v0.\
答:(1)此时卫星对地表的压力N的大小为;
(2)a.的值为
;
b.v0、v1、v2三者的大小关系为v1>v2>v0.
解析
解:(1)卫星静止在地球上,随地球一起做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律得:
解得:N′=
根据牛顿第三定律可知卫星对地表的压力N的大小为:
N=N′=
(2)a、卫星围绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,则有:
,
,
解得:
b、同步卫星与地球自转的角速度相等,而半径大于地球半径,根据v=ωr可知,v2>v0,而v1>v2,所以v1>v2>v0.\
答:(1)此时卫星对地表的压力N的大小为;
(2)a.的值为
;
b.v0、v1、v2三者的大小关系为v1>v2>v0.
(2015秋•洛阳期末)2015年3月5日,国务院总理李克强在十二届全国人民代表大会上所做的政府工作报告中提到:“超级计算、探月工程、卫星应用等重大科研项目取得新突破”.若已知地球的半径为R,赤道上物体随地球自转的加速度为a1,第一宇宙速度为v1;地球同步卫星的轨道半径为r,向心加速度为a2,运动速率为v2,下列关系正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、因为地球同步卫星的角速度和地球赤道上的物体随地球自转的角速度相同,由a1=ω2R,a2=ω2r可得:
故
故A正确,B错误;
CD、对于地球同步卫星和以第一宇宙速度运动的近地卫星,由万有引力提供做匀速圆周运动所需向心力得到:
解得:=
故C错误,D正确;
故选:AD
我国“嫦娥一号”探月卫星发射后,先在“24小时轨道”上绕地球运行(即绕地球一圈需要24小时);然后,经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”;最后奔向月球.如果按圆形轨道计算,并忽略卫星质量的变化,则在每次变轨完成后与变轨前相比,( )
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
F=F向
故
G=m
=mω2r=m(
)2r=ma
解得
v= ①
T==2π
②
a= ③
根据题意两次变轨分别为:从“24小时轨道”变轨为“48小时轨道”和从“48小时轨道”变轨为“72小时轨道”,则结合②式可知,在每次变轨完成后与变轨前相比运行周期增大,运行轨道半径增大,运行线速度减小,所以卫星动能减小,引力势能增大,D正确.
故选D.
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