- 万有引力与航天
- 共16469题
如图所示,是运载火箭发射飞船的示意图,飞船由运载火箭先送人近地点为A、远地点为B的椭圆轨道,在B点实施变轨后,再进入预定圆轨道,已知近地点A距地面高度为h1,飞船在预定圆轨道上飞行n圈所用时间为t,地球表面重力加速度为g,地球半径为R,求:
(1)地球的第一宇宙速度大小;
(2)飞船在近地点A的加速度aA大小;
(3)远地点B距地面的高度h2大小.
正确答案
解:(1)绕地球表面运动的卫星的向心力由万有引力提供:…①
在地球表面有重力与万有引力相等有:…②
由①②两式解得:v=
(2)根据万有引力和牛顿第二定律可得:…③
由②③两式解得:aA=
(3)在大圆轨道上,根据万有引力定律可得:
在大圆轨道上卫星运动n圈所用时间为t,可得在该轨道上运动的周期我:T=…④
根据万有引力提供圆周运动向心力有:
…⑤
由②④⑤式可解得:h2=
答:(1)地球的第一宇宙速度大小为;
(2)飞船在近地点A的加速度aA大小为;
(3)远地点B距地面的高度h2大小为.
解析
解:(1)绕地球表面运动的卫星的向心力由万有引力提供:…①
在地球表面有重力与万有引力相等有:…②
由①②两式解得:v=
(2)根据万有引力和牛顿第二定律可得:…③
由②③两式解得:aA=
(3)在大圆轨道上,根据万有引力定律可得:
在大圆轨道上卫星运动n圈所用时间为t,可得在该轨道上运动的周期我:T=…④
根据万有引力提供圆周运动向心力有:
…⑤
由②④⑤式可解得:h2=
答:(1)地球的第一宇宙速度大小为;
(2)飞船在近地点A的加速度aA大小为;
(3)远地点B距地面的高度h2大小为.
已知地球半径R,地球质量M,引力常量为G
(1)若有一颗近地卫星围绕地球作匀速圆周运动,求其速度v的大小.
(2)若地球自转周期为T,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为多少?
正确答案
解:(1)由G=m
可得:
速度;
(2)地球同步卫星的周期等于地球的自转周期,故有:
G=m
(R+H)
解得:卫星的离地高度;
解析
解:(1)由G=m
可得:
速度;
(2)地球同步卫星的周期等于地球的自转周期,故有:
G=m
(R+H)
解得:卫星的离地高度;
我国未来将建立月球基地,并在绕月轨道上建造空间站.如图所示,关闭动力的航天飞机在月球引力作用下经椭圆轨道向月球靠近,并将与空间站在B处对接.已知空间站绕月轨道半径为r,周期为T,万有引力常量为G,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A:航天飞机在飞向B处的过程中,月球对它的万有引力的方向和其运动方向之间的夹角小于90°,所以月球的引力对航天飞机做正功,速率增大.故A错误;
B:椭圆轨道和圆轨道是不同的轨道,航天飞机不可能自主改变轨道,只有在减速变轨后,才能进入空间站轨道.故B错误;
C:对空间站,根据万有引力提供向心力,得:G=m
,得M=
,根据空间站的轨道半径为r,周期为T,万有引力常量为G就能计算出月球的质量M.故C正确.
D:由于空间站的质量不知,根据万有引力定律F=G知,不能求出空间站受到月球引力的大小,故D错误.
故选:C.
如图所示,一颗极地卫星从北纬30°的正上方按图示方向第一次运行至南纬60°正上方时所用时间为t,地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,引力常量为G,忽略地球自转的影响.由以上条件可以求出( )
正确答案
解析
解:A、卫星从北纬30°的正上方,第一次运行至南纬60°正上方时,刚好为运动周期的,所以卫星运行的周期为4t,故A正确;
B、知道周期、地球的半径,由=m
(R+h),可以算出卫星距地面的高度,故B正确;
C、通过上面的公式可以看出,只能算出中心天体的质量,C项错误,D正确.
故选:ABD.
如图所示是某卫星绕地飞行的三条轨道,轨道1是近地圆形轨道,2和3是变轨后的椭圆轨道.A点是2轨道的近地点,B点是2轨道的远地点,卫星在轨道1的运行速率为7.7km/s,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星在经过A点时,要做离心运动才能沿2轨道运动,卫星在1轨道上的速度为7.7km/s,故在2轨道上经过A点的速度一定大于7.7km/s.故A正确.
B、假设有一圆轨道经过B点,根据,可知此轨道上的速度小于7.7km/s,卫星在B点速度减小,才会做近心运动进入2轨道运动.故卫星在2轨道经过B点时的速率一定小于7.7km/s,故B错误.
C、卫星在A点时,距离地球的距离相同,万有引力相同,根据牛顿第二定律,加速度相同.故C正确.
D、卫星的运动的轨道高度越高,需要的能量越大,具有的机械能越大,所以卫星在3轨道所具有的机械能一定大于2轨道所具有的机械能,故D错误.
故选:AC.
2012年4月30日,西昌卫星发射中心发射了中圆轨道卫星,其绕地球运行的周期约为13小时.则该卫星与另一颗质量相同的地球同步轨道卫星相比,有( )
正确答案
解析
解:A、地球同步轨道卫星周期为24h,中圆轨道卫星其绕地球运行的周期约为13小时,根据开普勒第三定律=k可知,中圆轨道卫星的轨道半径较小.故A错误.
B、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,根据万有引力定律F=G知,中圆轨道卫星的轨道半径较小,则向心力较大.故B错误.
C、由G=m
,动能Ek=
得,卫星的动能Ek=
.地球质量M、卫星质量m相同,则卫星的动能与轨道半径成反比,故中圆轨道卫星的动能较大.故C正确.
D、由G=mω2r,得角速度ω=
,可知,中圆轨道卫星的角速度较大.故D错误.
故选C
北斗卫星导航系统是我国自主研制的,具有导航、定位等功能的卫星系统.如图所示,“北斗一号”T为地球同步轨道卫星,“北斗二号”G为地球中轨道卫星,它们都绕地心做匀速圆周运动,则G在运行时( )
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F=G
F向=m=mω2r=m(
)2r
因而
G=m
=mω2r=m(
)2r=ma
解得
v= ①
T==2π
②
a= ③
故由①②③式可知,卫星G半径较小,线速度较大,周期较短,加速度较大;
它们的速度都小与近地卫星的环绕速度,即7.9km/s;
故选BC.
质量为m的卫星围绕地球做匀速圆周运动,轨道半径是地球半径的2倍.已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g.求卫星的动能.
正确答案
解:卫星做匀速圆周运动:
设地表面有一物体m0,则有:
卫星的动能
联立以上三式解得:
答:卫星的动能为.
解析
解:卫星做匀速圆周运动:
设地表面有一物体m0,则有:
卫星的动能
联立以上三式解得:
答:卫星的动能为.
在西昌卫星发射中心由长征三号乙运载火箭携带中国第一艘月球车成功发射,实现了中国首次月面软着陆,假设月球车在月球表面竖直弹射一小球,初速度为v0,经过时间t落回原处,已知月球的平均密度ρ,万有引力常量为G,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、小球做竖直上抛运动,时间t=,则月球表面的重力加速度:g=
,故A错误;
B、万有引力等于重力:G=mg,月球质量:M=ρ×
πR3,解得:R=
,故B正确;
C、月球的质量:M=ρ×πR3=
,故C正确;
D、卫星绕月球做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,故D错误;
故选:BC.
启动卫星的发动机使其速度加大,待它运动到距离地面的高度比原来大的位置,再定位使它绕地球做匀速圆周运动成为另一轨道的卫星,该卫星后一轨道与前一轨道相比( )
正确答案
解析
解:根据,解得a=
,v=
,T=
,知轨道半径越大,线速度越小,加速度越小,周期越大.向心力等于万有引力,轨道半径增大,则向心力减小.故B正确,A、C、D错误.
故选B.
如图所示,有甲、乙两颗卫星分别在不同的轨道围绕半径为R、表面重力加速度为g的地球运动,卫星甲、卫星乙各自所在的轨道平面相互垂直,卫星甲的轨道为圆,距离地球表面的高度为R,卫星乙的轨道为椭圆,M、N两点的连线为其椭圆轨道的长轴且M、N两点间的距离为4R,求:
(1)卫星甲的线速度的大小V;
(2)卫星乙运行的周期T.
正确答案
解:(1)卫星甲绕中心天体做匀速圆周运动,由万有引力提供向心力,有:
在地球表面则有:,
解得:v=
(2)
根据开普勒第三定律得:
答:(1)卫星甲的线速度的大小为;
(2)卫星乙运行的周期为.
解析
解:(1)卫星甲绕中心天体做匀速圆周运动,由万有引力提供向心力,有:
在地球表面则有:,
解得:v=
(2)
根据开普勒第三定律得:
答:(1)卫星甲的线速度的大小为;
(2)卫星乙运行的周期为.
两颗人造地球卫星质量之比是1:2,轨道半径之比是3:1,则下述说法中,正确的是( )
正确答案
解析
解:人造地球卫星绕地球做圆周运动的向心力由万有引力提供有:
A、知,
,故A错误;
B、知:
,故B正确;
C、知,
,故C正确;
D、知,
,故D错误.
故选:BC
(2015秋•焦作期中)如图,为在赤道上发射同步卫星的原理图之一,放在地面上的卫星线经过发射进入地圆轨道1上做稳定的匀速圆周运动,然后在A点通过点火进行短时间的加速进入椭圆轨道2上运行,最后在椭圆轨道上的B点再次通过点火进行短时间加速进入到同步卫星正常运行的圆轨道3上运行,忽略卫星质量的变化及空气阻力,则( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力公式可知,卫星发射前放置在赤道上时和在近地圆轨道1时运行时的万有引力大小相等,但在赤道上,向心力小于万有引力,在近地圆轨道1上,外有引力等于向心力,根据牛顿第二定律可知,卫星发射前放置在赤道上时的向心加速度大小小于在近地圆轨道1时运行时的向心加速度大小,故A错误;
B、根据开普勒第三定律可知,,由于r1<a2,所以T1<T2,故B正确;
C、在椭圆轨道上的B点再次通过点火进行短时间加速进入到同步卫星正常运行的圆轨道3上运行,所以卫星在椭圆轨道2上经过B点的线速度小于在圆轨道3上经过B点的线速度,故C错误;
D、卫星从轨道1到轨道3需要克服引力做较多的功,故在轨道3上机械能较大,故D错误;
故选:B
关于地球同步通讯卫星,下列说法中不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、地球同步通讯卫星,运行轨道一定位于地球赤道平面上.故A正确.
B、根据万有引力提供向心力,则有
G=m
则得 卫星的轨道半径为 r=,可见,同步卫星的轨道半径是一定的,各国发射的这种卫星轨道半径都一样.故B正确.
C、D所有卫星绕地球圆周运动的速度都小于第一宇宙速度,故C正确,D错误.
本题选错误的,故选D
如图所示,a、b、c、d四条圆轨道的圆心均在地球的自转轴上,其中a、b、c的圆心在地球球心处,关于绕地球做匀速圆周运动的卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星运动过程中的向心力由万有引力提供,故地球必定在卫星轨道的中心,即地心为圆周运动的圆心.因此轨道d是不可能的,而轨道a、b、c均是可能的轨道,故A错误,B正确;
C、同步卫星由于其周期和地球的自转周期相同,轨道一定在赤道的上空.故轨道只可能为a.故C错误;
D、根据万有引力提供向心力公式可知,由于卫星的质量不一定相等,所以向心力大小不一定相等,故D错误.
故选:B.
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