- 万有引力与航天
- 共16469题
发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火,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(如图).则卫星分别在1、2、3轨道上运行时,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星做圆周运动时万有引力提供圆周运动的向心力有:=
线速度v=,轨道3半径比轨道1半径大,在轨道1上卫星的速率大于轨道3上的速率,故A错误;
B、卫星在轨道1上经过Q点时开始加速,需要的向心力增大,做离心运动沿椭圆轨道2运行,
所以卫星在轨道1上的速率小于在轨道2上经过Q点时的速率.故B正确;
C、卫星做圆周运动时万有引力提供圆周运动的向心力有:=ma
向心加速度a=,
所以卫星在轨道1上具有的加速度等于它在轨道2上经过Q点时的加速度,故C错误;
D、卫星在轨道3上的加速度等于它在轨道2上经过P点时的加速度.故D错误;
故选:B.
2012年6月16日,神舟九号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空,并于6月18日转入自主控制飞行与天宫一号实施自动交会对接,这是中国实施的首次载人空间交会对接.在神舟九号飞船发射前约20天,天宫一号目标飞行器开始降轨调相,进入对接轨道,建立载人环境,等待与飞船交会对接.设变轨前和变轨完成后天宫一号的运行轨道均可视为圆轨道,则有( )
正确答案
解析
解:A、据得
,所以轨道半径减小,线速度增加,故A正确;
B、据得
,所以轨道半径减小,角速度增加,故B正确;
C、据得a=
,所以轨道半径减小,向心加速度增加,故C正确;
D、据得周期T=
,所以轨道半径减小,周期减小,故D错误.
故选:ABC.
北斗导航系统又被称为“双星定位系统”,具有导航、定位等功能.如图所示,北斗导航系统中的两颗工作卫星均绕地心做匀速圆周运动,且轨道半径均为r,某时刻工作卫星1、2分别位于轨道上的A、B两个位置,若两卫星均沿顺时针方向运行,地球表面的重力加速度为g,地球半径为R,不计卫星间的相互作用力,下列判断错误的是( )
正确答案
解析
解:A、在地球表面重力与万有引力大小相等有=mg
可得GM=gR2,又卫星在轨道上运动万有引力提供圆周运动的加速度,故有可得卫星的加速度=ma
a==
,故A正确;
B、万有引力提供圆周运动向心力有:=m
r
可得卫星运行周期为:
T=2π,
所以卫星从位置1到位置2所需时间t=T=
,故B正确;
C、卫星1由位置A运动到位置B的过程中,由于万有引力始终与速度垂直,故万有引力不做功,故C正确;
D、卫星1向后喷气,卫星做加速运动,在轨道上做圆周运动所需向心力增加,而提供向心力的万有引力没有发生变化,故卫星将做离心运动,卫星轨道变大,故卫星不能追上同轨道运行的卫星2,故D错误;
本题选错误的,故选:D.
(2014春•桦甸市校级月考)我国发射的“嫦娥一号”卫星经过多次加速、变轨后,最终成功进入环月工作轨道.如图所示,卫星既可以在离月球比较近的圆轨道a上运动,也可以在离月球比较远的圆轨道b上运动.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:对于月球的卫星,万有引力提供向心力,设卫星的质量为m、轨道半径为r、月球质量为M,有
F=F向
F=
F向=m=mω2r=m
解得:
v=
ω=
T=2π
根据题意,卫星在a上运行的轨道半径小于在b上运行的轨道半径,所以卫星在a上运行的线速度大,角速度大、周期小、万有引力大.故A、B、D正确,C错误.
故选:ABD.
空间站是科学家进行天文探测和科学试验的特殊而又重要的场所,我国将于2020年前后将建成规模较大、长期有人参与的轨道空间站.假设某空间站正在地球赤道平面内的圆周轨道上运行,其离地球表面的高度为同步卫星离地球表面高度的十分之一.下列说法正确的有( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力列出等式:
=m
r=m
=ma
T=2π,某空间站正在地球赤道平面内的圆周轨道上运行,其离地球表面的高度为同步卫星离地球表面高度的十分之一,
即空间站轨道半径小于同步卫星轨道半径,所以同步卫星的运行周期比空间站运行周期大,故A错误;
B、v=,所以空间站运行的速度大于同步卫星运行速度,故B正确;
C、a=,所以空间站的向心加速度大于同步卫星的向心加速度,故C错误;
D、在“空间站”工作的宇航员处于完全失重状态,靠万有引力提供向心力,做圆周运动.故D错误.
故选:B.
在宇宙发展演化的理论中,有一种学说叫“宇宙膨胀说”,就是天体的距离在不断增大,根据这一理论,在很久很久以前,太阳系中地球的公转情况与现在相比( )
正确答案
解析
解:地球绕太阳做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,得
G=m
r
可得 T=2π
角速度ω=
则知在很久很久以前,太阳系中地球的公转情况与现在相比:公转周期较小,角速度较大.故BD正确,AC错误.
故选:BD.
天宫一号是中国首个目标飞行器,在轨运行周期5382s.若将其运行轨道近似为圆,则其离地面约为______km;实际运行轨道为椭圆,离地面最近200km,最远346.9km,则其运动过程中最大加速度约为______m/s2.(g=9.8m/s2,地球半径6400km)
正确答案
253.3
9.19
解析
解:根据
又GM=gR2
联立两式,代入数据解得h=253.3km.
飞行器通过近地点时,加速度最大,则最大加速度a=.
故答案为:253.3,9.19
a、b是环绕地球圆形轨道上运行的2颗人造卫星,ra>rb,则( )
正确答案
解析
解:A、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:
解得:v=,ra>rb,则va<vb,故A错误.
B、由于不知道a、b两颗卫星的质量,无法比较两卫星受到的向心力,故B错误.
C、根据得:a=
,ra>rb,则aa<ab,故C错误.
D、根据得:T=
,ra>rb,则aa<ab,Ta>Tb.故D正确.
故选:D.
2010年10月1日,嫦娥二号卫星发射成功.作为我国探月工程二期的技术先导星,嫦娥二号的主要任务是为嫦娥三号实现月面软着陆开展部分关键技术试验,并继续进行月球科学探测和研究.如图,嫦娥二号卫星的工作轨道是100公里环月圆轨道Ⅰ,为对嫦娥三号的预选着陆区--月球虹湾地区(图中B点正下方)进行精细成像,嫦娥二号在A点将轨道变为椭圆轨道Ⅱ,使其近月点在虹湾地区正上方B点,大约距月面15公里.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、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A错误.
B、在轨道Ⅰ上时万有引力恰好等于向心力,而同在A点当在轨道Ⅱ上时万有引力大于向心力,根据G=m
可得v=
在轨道Ⅱ上A点的速度小于在轨道І上A点的速度.故B错误.
C、根据G=ma可知卫星在在轨道Ⅱ上A点的加速度等于在轨道І上A点的加速度,故C错误.
D、完成任务后,卫星要返回工作轨道Ⅰ的过程中由万有引力大于向心力到万有引力等于向心力,而万有引力保持不变,故需要加速,即在A点需要加速,故D正确.
故选D.
“神舟十号”载人飞船于6月11日下午5点38分在甘肃酒泉卫星发射中心发射升空,并成功进入预定轨道.飞船入轨后,将先后与“天宫一号”进行一次自动交会对接和一次航天员手控交会对接,它将在轨飞行15天.现若知道该飞船绕地球运动的周期T、轨道半径R及吸引力常量G,则由题中已知条件可求得( )
正确答案
解析
解:A、C、设地球的质量为M,飞船的质量为m.
根据地球的万有引力提供飞船需要的向心力,得:
G=m
R
则得:M=,可见,可求出地球的质量,此式与飞船的质量无关,不能求出飞船的质量.故A错误,C正确.
B、该飞船绕地球做圆周运动的向心加速度 a=mR,已知R和T,可以求出a.故B正确.
D、飞船的运动与地球自转没有直接关系,不能求出地球公转的角速度.故D错误.
故选:BC
随着世界航空事业的发展,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外星球,质量是地球质量的3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、根据万有引力提供向心力
=m
r
解得:T=2π,
而不知道同步卫星轨道半径的关系,所以无法比较该外星球的同步卫星周期与地球同步卫星周期关系,故A错误;
B、根据=ma
解得:a=
假设深太空中有一颗外星球,质量是地球质量的3倍,半径是地球半径的.所以某物体在该外星球表面上所受重力是在地球表面上所受重力的27倍,故B正确;
C、根据=m
解得:v=,所以该外星球上第一宇宙速度是地球上第一宇宙速度的3倍,故C正确;
D、根据C分析可知:v=,轨道半径r相同,但质量不同,所以速度也不一样,故D错误.
故选:BC.
2013年12月2日,“嫦娥三号”探月卫星沿地月转移轨道直奔月球,在距月球表面100km的P点进行第一次变轨后被月球捕获,先进入距月球表面100km圆轨道绕月飞行,如图所示.之后“嫦娥三号”叉经过一次变轨,进入近月表面15km、远月表面100km的椭圆轨道 飞行,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、月球第一宇宙速度是近月轨道卫星运行速度,根据,知卫星轨道高度大运行速度小,故A错误;
B、嫦娥三号在圆轨道上的半径大于卫星在椭圆轨道上的半长轴,根据开普勒第三定律,知嫦娥三号在大圆轨道上的周期大于在椭圆轨道上运行的周期,故B错误;
C、嫦娥三号在圆轨道上要进入椭圆轨道要做近心运动,在圆轨道上满足,在椭圆轨道上经过P点时将开始做近心运动满足
,同在P点万有引力大小相等,故在椭圆轨道上的运行速率小于圆轨道上的运行速率,所以C错误,D正确.
故选:D.
2015年9月20日“长征六号”火箭搭载20颗小卫星成功发射.在多星分离时,小卫星分别在高度不同的三层轨道被依次释放,假设释放后的小卫星均做匀速圆周运动,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、小卫星分别在高度不同的三层轨道被依次释放,在不同位置释放的卫星轨道半径不同,故A错误;
B、万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,由于卫星的轨道半径r不同,则卫星的线速度v不同,故B错误;
C、万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
r,解得:T=2π
,同一轨道上的小卫星的轨道半径r相同,周期T均相同,故C正确;
D、万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=mω2r,解得:ω=
,不同轨道上的小卫星的轨道半径r不同,角速度ω不同,故D错误;
故选:C.
天宫一号是我国研发的一个目标飞行器,目的是作为其他飞行器的接合点,是中国空间实验室的雏形,于北京时间2011年9月29日21时16分03秒发射升空.
(1)若万有引力常量为G,地球质量为MD,地球半径为RD,天宫一号离地面的高度为H,求:天宫一号的运行周期T;
(2)发射天宫一号的速度必须大于第一宇宙速度,试推导第一宇宙速度的表达式;若RD=6370km,g取9.8m/s2,求出第一宇宙速度的值;
(3)若万有引力常量为G,中心天体的质量为M,质量为m的物体距中心天体r时具有的引力势能为EP=-G(以无穷远处势能为0)
①求出第二宇宙速度的值;
②若把地球绕太阳公转的轨道近似认为是圆,且不计其它星体对飞行物体的作用力,地球的公转速度为29.8km/s,求第三宇宙速度.
正确答案
解:(1)飞行器绕地球做匀速圆周运动的过程中,由地球的万有引力提供等于向心力得:
G=m
(RD+H)
解得:T=2π(RD+H)
(2)绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星,万有引力等于重力并提供向心力,则有G=m
=mg
则第一宇宙速度 v==
代入数据得:v==7.9 km/s
(3)由 G=m
可得:G
=mv2
若摆脱地球的约束,则有:mv22-G
=0 可得:v2=
v=11.2 km/s
同理:在地球绕太阳公转轨道运行的物体绕太阳做圆运动时
G=m
G=m
vT=29.8 km/s
摆脱太阳的约束速度为vTx
mvTx2-G
=0
vTx=vT=42.2 km/s
由于随地球绕太阳公转的物体已具有地球的公转速度29.8km/s,则只需沿太阳公转方向的速度达到 vw=vTx-vT=12.4 km/s 即可
又因为发射地球表面的物体还需摆脱地球约束的动能mv22
则:发射地球表面的物体摆脱太阳约束的第三速度为v3
有 mv32=
mv22+
mvw2
解得:v3=16.7 km/s
答:(1)天宫一号的运行周期为2π(RD+H);
(2)第一宇宙速度的表达式为v=;若RD=6370km,g取9.8m/s2,第一宇宙速度的值为7.9 km/s;
(3)①第二宇宙速度的值为11.2 km/s;
②若把地球绕太阳公转的轨道近似认为是圆,且不计其它星体对飞行物体的作用力,地球的公转速度为29.8km/s,第三宇宙速度为16.7 km/s.
解析
解:(1)飞行器绕地球做匀速圆周运动的过程中,由地球的万有引力提供等于向心力得:
G=m
(RD+H)
解得:T=2π(RD+H)
(2)绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星,万有引力等于重力并提供向心力,则有G=m
=mg
则第一宇宙速度 v==
代入数据得:v==7.9 km/s
(3)由 G=m
可得:G
=mv2
若摆脱地球的约束,则有:mv22-G
=0 可得:v2=
v=11.2 km/s
同理:在地球绕太阳公转轨道运行的物体绕太阳做圆运动时
G=m
G=m
vT=29.8 km/s
摆脱太阳的约束速度为vTx
mvTx2-G
=0
vTx=vT=42.2 km/s
由于随地球绕太阳公转的物体已具有地球的公转速度29.8km/s,则只需沿太阳公转方向的速度达到 vw=vTx-vT=12.4 km/s 即可
又因为发射地球表面的物体还需摆脱地球约束的动能mv22
则:发射地球表面的物体摆脱太阳约束的第三速度为v3
有 mv32=
mv22+
mvw2
解得:v3=16.7 km/s
答:(1)天宫一号的运行周期为2π(RD+H);
(2)第一宇宙速度的表达式为v=;若RD=6370km,g取9.8m/s2,第一宇宙速度的值为7.9 km/s;
(3)①第二宇宙速度的值为11.2 km/s;
②若把地球绕太阳公转的轨道近似认为是圆,且不计其它星体对飞行物体的作用力,地球的公转速度为29.8km/s,第三宇宙速度为16.7 km/s.
2005年北京时间7月4日下午1时52分撞击器成功撞击“坦普尔一号”彗星,投入彗星的怀抱,实现了人类历史上第一次对彗星的“大碰撞”,如图所示.假设“坦普尔一号”彗星绕太阳运行的轨道是椭圆,运行周期为5.74年,忽略此次撞击对彗星运动的影响.下列关于“坦普尔一号”彗星的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、彗星做椭圆运动,线速度与半径在变化,根据v=rω知,角速度不是恒定不变的.故A错误.
B、从近日点向远日点运动,万有引力做负功,动能减小,所以近日点的线速度大于远日点的线速度.故B正确.
C、彗星在近日点所受的万有引力大于在远日点所受的万有引力,根据牛顿第二定律,近日点的加速度大于远日点的加速度.故C正确.
D、根据开普勒第三定律有:(常量),C由中心天体所决定.故D正确.
故选BCD.
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