- 万有引力与航天
- 共16469题
如图所示,是在同一轨道平面上的三颗不同的人造地球卫星,关于各物理量的关系,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:万有引力提供卫星做圆周运动的向心力;
A、由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,由图示可知,卫星的轨道半径:rA<rB<rC,则三颗卫星的线速度vA>vB>vC,故A正确;
B、由于不知道卫星间的质量关系,无法根据万有引力公式判断卫星所受地球引力的关系,故B错误;
C、由牛顿第二定律得:G=mω2r,解得:ω=
,卫星的轨道半径:rA<rB<rC,则三颗卫星的角速度ωA>ωB>ωC,故C正确;
D、由牛顿第二定律得:G=ma,解得:a=
,卫星的轨道半径:rA<rB<rC,则三颗卫星的向心加速度:aA>aB>aC,故D错误;
故选:AC.
已知地球半径为R,质量为M,自转角速度为ω,万有引力恒量为G,地球同步卫星与地球表面之间的距离为h,下列计算错误的是( )
正确答案
解析
解:AB、近地卫星是在地球表面运行的人造卫星,轨道半径近似等于地球半径,研究近地卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力列出等式:可得
,故A错误,B正确;
C、同步卫星的角速度与地球自转角速度相同,同步卫星的轨道半径为(R+h),根据线速度与角速度的关系有线速度v=(R+h)ω,故C正确;
D、同步卫星绕地球做圆周运动的向心力由万有引力提供有:,可得同步卫星的速度
,故D正确.
本题选择错误的,故选:A
如图是我国于2011年9月29日发射的“天宫一号A”目标飞行器和11月1日发射的“神舟八号B”飞船交会对接前的轨道示意图.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、第二宇宙速度是脱离地球引力最小的发射速度,A和B的发射速度都应小于第二宇宙速度,故A错误;
B、根据万有引力提供向心力,,
得:v=,ω=
,T=2π
,
可知r越大,线速度和角速度越小.所以A的运行速率小于B的运行速率,A的运行角速度小于B运行的角速度,A的周期大于B的周期,故B错误,CD正确;
故选:CD
三颗人造地球卫星A、B、C绕地球作匀速圆周运动,如图所示,已知MA=MB>MC,则对于三个卫星,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,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,由图示可知:
rA<rB=rC,由题意知:MA=MB>MC;
由牛顿第二定律得:G=m
=m(
)2 r ①,
A、由①解得,v=,所以vA>vB=vC,故A错误;
B、由①解得,T=2π,则TA<TB=TC,故B错误;
C、F=G,已知rA<rB=rC,MA=MB<MC ,可知FA>FB>FC,故C正确;
D、由开普勒第三定律可知,绕同一个中心天体运动的半径的三次方与周期的平方之比是一个定值,即故D正确;
故选CD.
我国发射的“神舟七号”载人飞船,与“神舟六号”船相比,它在较低的轨道上绕地球做匀速圆周运动,如图 所示,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据人造卫星的万有引力等于向心力,得:
=mω2r=m
=ma
可得 T=2π,ω=
,v=
,a=
,可知卫星的轨道半径越大,角速度、线速度、向心加速度小,周期越大,
由题神舟七号轨道半径小于神舟六号的轨道半径,则知神舟七号周期小,神舟七号角速度、速度和向心加速度都大,故C错误,ABD正确.
故选:ABD
航天宇航员在月球表面完成了如下实验:如图所示,在月球表面固定一竖直光滑圆环轨道,在轨道内最低点,放一可视为质点的小球,当给小球水平初速度v0时,小球刚好能在竖直平面内做完整的圆周运动.已知圆环半径为r,月球的半径为R,且d<<r.若在月球表面上发射一颗环月卫星,它的最小发射速度v应为( )
正确答案
解析
解:因为管道下表面可以给小球向上的支持力,所以小球刚好在竖直平面内做完整的圆周运动,则小球在最高点的速度刚好为0,所以根据动能定理有:
可得月球表面的重力加速度为:
所以月球近月卫星的向心力由重力提供有:
可得月球的第一宇宙速度为:
故选:B.
卫星电话在抢险救灾中能发挥重要作用.第一代、第二代海事卫星只使用地球同步卫星,不能覆盖地球上的高纬度地区.第三代海事卫星采用地球同步卫星和中轨道卫星结合的方案,它由4颗同步卫星与12颗中轨道卫星构成.中轨道卫星高度为10354千米,分布在几个轨道平面上(与赤道平面有一定的夹角),在这个高度上,卫星沿轨道旋转一周的时间为6h.则下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:因G=m
=mω2r=m(
)2r=ma
解得:v= ①T=
=2π
②ω=
③a=
④
由②可得中轨道卫星的轨道半径小于同步卫星.半径小的速度大,周期小,加速度大.
A 中轨道卫星的轨道半径小,其线速度大.故A错误
B 中轨道卫星的轨道半径小,其角速度大.故B错误
C 一天后地球完成1周,中轨道卫星完成4周.则卫星仍在地面该点的正上方.故C正确
D 经过6小时,中轨道卫星完成一周,而同步卫星与地球为周.故不可能在一直线上.故D错误
故选:C
与“神州八号”完成对接的我国首个空间实验室“天宫一号”,目前在周期约为1.5h的近地圆轨道上陆续开展各项科学探测实验;我国发射的“风云一号”气象卫星,采用极地圆形轨道,轨道平面与赤道平面垂直,通过地球两极,每12h绕地球运行一周.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:设地球的质量为M,任一卫星的质量为m,卫星的轨道半径为r.卫星绕地球做匀速圆周运动,由万有引力提供向心力,则得:
G=m
=ma=m
r
解得,T=2π ①;a=
②;v=
③
由题意知,“风云一号”的周期较大,由①式知,“风云一号”比“天宫一号”的轨道半径大;
由③式可知,“风云一号”在轨道运行的速度比“天宫一号”在轨道运行的速度小;
由②式得知,“天宫一号”的向心加速度大;
故AD错误,BC正确.
故选:BC
2013年12月2日1时30分,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭,成功将“嫦娥三号”探测飞船发射升空,展开奔月之旅.“嫦娥三号”首次实现月面巡视勘察和月球软着陆,为我国探月工程开启新的征程.设载着登月舱的探测飞船在以月球中心为圆心,半径为r1的圆轨道上运动时,周期为T1.随后登月舱脱离飞船,变轨到离月球更近的半径为r2的圆轨道上运动.万有引力常量为G,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、根据万有引力提供向心力,得:=mω2r,得:v=
,ω=
,可知卫星的轨道半径越小,角速度和线速度越大,所以登月舱在半径为r2的圆轨道上比在半径r1的圆轨道上运动时的角速度、线速度都大,故A错误,B正确.
C、登月舱在半径为r1的圆轨道上运动时,由r1,则得月球的质量为:M=
,故C正确.
D、根据开普勒第三定律有:,可得:T2=
,故D错误.
故选:BC
神舟七号经过变轨后,最终在距地球表面约343公里的圆轨道上正常飞行,约每90分钟绕地球一圈.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据mg=知,g=
,r>R,所以加速度小于9.8m/s2.故A错误.
B、根据知,T=
,神舟七号的轨道半径大于近地卫星的轨道半径,则周期大于近地卫星的周期,故B正确.
C、根据v=知,轨道半径越小,线速度越大,第一宇宙速度为7.9km/s,是做圆周运动最大的环绕速度,所以神舟七号的环绕速度小于7.9km/s,故C错误.
D、神舟七号飞船在轨道上正常飞行时,重力没有消失,宇航员处于完全失重状态,故D错误.
故选:B.
以飞船在某行星表面附近沿圆轨道绕行星飞行周期为T,认为行星是密度均匀的球体.求:该行星的密度多少?
正确答案
解:研究飞船在某行星表面附近沿圆轨道绕该行星飞行,根据根据万有引力提供向心力,列出等式:
=m
M=
代入密度公式得:ρ==
.
答:该行星的密度是.
解析
解:研究飞船在某行星表面附近沿圆轨道绕该行星飞行,根据根据万有引力提供向心力,列出等式:
=m
M=
代入密度公式得:ρ==
.
答:该行星的密度是.
如图甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据卫星运动的向心力由万有引力提供,
=mω2r=m
=ma=m
r
A、ω=,由于甲的中心天体质量小于乙的中心天体质量,故甲的角速度小于乙的角速度,故A错误;
B、v=,由于甲的中心天体质量小于乙的中心天体质量,故甲的线速度小于乙的线速度,故B错误.
C、a=,由于甲的中心天体质量小于乙的中心天体质量,可知甲的向心加速度小于乙的向心加速度,故C正确;
D、T=2π,由于甲的中心天体质量小于乙的中心天体质量,故甲的周期大于乙的周期,故D错误;
故选:C.
嫦娥三号是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器,包括着陆器和月球车.于2013年12月初由长征三号乙运载火箭从西昌卫星发射中心发射.它携带中国的第一艘月球车,并实现中国首次月面软着陆.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星的发射速度大于第二宇宙速度,将脱离地球的束缚,绕太阳运动,嫦娥三号探测器没有脱离地球的吸引,其发生速度小于第二宇宙速度,故A错误;
B、探测器绕月球做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,由于探测器的轨道半径r大于月球半径R,因此它的速度小于月球的第一宇宙速度,故B正确;
C、嫦娥三号探测器从环月轨道上运动到着陆前的运动过程中,要开动发动机对探测减速,发动机对探测器做负功,探测器的机械能减少,探测器和月球组成的系统机械能不守恒,故C错误;
D、如果测出嫦娥三号探测器在月球附近环绕月球运动一周的时间,可以求出探测器绕月球做圆周运动的周期T,由牛顿第二定律得:G=m
r,解得:M=
,月球的平均速度:ρ=
=
=
,可以估算出月球的密度,故D正确;
故选:BD.
如图所示,c所在的平面与赤道平行,a、b的圆心在球心且a的半径等于b的半径,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星绕地球做匀速圆周运动,是靠万有引力提供向心力,圆周运动的圆心为地心,故轨道C不可能是卫星的轨道,故A错误;
B、在a、b轨道上运动的不同卫星,速度相等,但质量可能不同,故动能不一定相同,故B错误;
C、在a、b轨道上运动的不同卫星,向心力方向不同,由于质量未知,大小也可能不同,故C错误;
D、卫星受到的引力提供向心力,故:,解得:T=2π
,故在a、b轨道上运动的不同卫星,周期一定相同,故D正确.
故选:D.
已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,地球自转加速度为ω0,求:
(1)地球的第一宇宙速度v;
(2)若卫星绕地球做匀速圆运动的角速度为ω0,求卫星的运行半径r.
正确答案
解:卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力;
(1)地球表面的物体所受重力等于万有引力,即:G=mg,
由牛顿第二定律得:G=m
,
解得:v=;
(2)由牛顿第二定律得:G=m(
ω0)2r,
解得:r=;
答:(1)地球的第一宇宙速度v为;
(2)卫星的运行半径r为.
解析
解:卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力;
(1)地球表面的物体所受重力等于万有引力,即:G=mg,
由牛顿第二定律得:G=m
,
解得:v=;
(2)由牛顿第二定律得:G=m(
ω0)2r,
解得:r=;
答:(1)地球的第一宇宙速度v为;
(2)卫星的运行半径r为.
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