- 万有引力与航天
- 共16469题
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,关闭发动机的航天飞机在月球引力作用下沿椭圆轨道向月球靠近,并将在椭圆的近月点B处与空间站对接.已知空间站绕月轨道为r,周期为T,万有引力常量为G,月球的半径为R.那么以下选项正确的是( )
正确答案
解析
解:B、要使航天飞机在椭圆轨道的近月点B处与空间站C对接,必须在接近B点时减速.否则航天飞机将继续做椭圆运动.故B正确.
A、根据开普勒定律第二定律可知,航天飞机向近月点B运动时速度越来越大.故A正确.
C、设空间站的质量为m,由得,
.故C正确.
D、由于空间站的质量未知,故无法计算空间站受到月球引力大小,故D错误.
故选:ABC.
人造地球卫星在运行过程中由于受到微小的阻力,轨道半径将缓慢减小.在此运动过程中,卫星所受万有引力大小将______ (填“减小”或“增大”);其速度将______ (填“减小”或“增大”).
正确答案
增大
增大
解析
解:万有引力公式F=,r减小,万有引力增大.根据动能定理,万有引力做正功,阻力做功很小很小,所以动能增大,故速度增大.
故答案为:增大,增大.
我国建立在北纬43°的内蒙古赤峰草原天文观测站在金鸽牧场揭牌并投入使用,该天文观测站应用了先进的天文望远镜.现有一颗绕地球做匀速圆周运动的卫星,一位观测员在对该卫星的天文观测时发现:每天晚上相同时刻总能出现在天空正上方同一位置,则卫星的轨道必须满足下列哪些条件(已知地球质量为M,地球自转的周期为T,地球半径为R,引力常量为G )( )
正确答案
解析
解:A、该卫星一定不是同步卫星,因为同步地球卫星只能定点于赤道的正上方,故A错误.
B、卫星的轨道平面必须过地心,不可能与地球北纬43°线所确定的平面共面,故B错误.
CD、卫星的周期可能为T′=,n=1、2、3…,根据G
=m
r
解得:r=(n=1、2、3…),满足这个表达式的部分轨道即可,故C正确,D错误.
故选:C.
(2015秋•玉山县校级期中)在卫星轨道中,有两类比较特殊的轨道,一类是与赤道共面的赤道轨道,另一类是与赤道平面垂直并通过地球两极的极地轨道,还有与赤道平面成某一角度的其他轨道,如图所示,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、同步卫星的周期和角速度必须与地球自转的周期和角速度相同,只能在赤道的正上方,不可能处在极地轨道,也不可能处在其它轨道.
卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供,由牛顿第二定律得:G=m
r,解得:T=2π
,只要两种卫星的轨道半径相等,周期可以相等,极地轨道上卫星的周期可能与同步卫星的周期相同,故A错误,B正确;
C、万有引力提供卫星做圆周运动的向心力,由牛顿第二定律得:G=ma,解得:a=
,同步卫星的向心加速度a等于同步卫星所在高度处的重力加速度:g′=
,故C正确;
D、地球不停地自西向东自转,极地轨道卫星的轨道不可能始终与某一经度线重合,故D错误;
故选:BC.
设北斗导航系统中的地球同步卫星在距地面高度为h的同步轨道做圆周运动.已知地球的半径为R,地球表面的重力加速度为g,万有引力常量为G.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:地球同步卫星在距地面高度为h的同步轨道做圆周运动,万有引力提供向心力,有:
解得:
a= ①
②
ω= ③
T=2π ④
在地球表面,重力等于万有引力,有:
mg=G
解得:GM=gR2 ⑤
A、由④⑤两式解得同步卫星运动的周期为:T=2π=2π
,故A错误;
B、由②⑤两式解得同步卫星运行的线速度为:=
,故B错误;
C、同步轨道处的重力加速度为:a==
,故C正确;
D、根据万有引力提供向心力,有:
解得:M=
由⑤式得到:
故地球的密度为:ρ==
=
,故D错误.
故选:C.
我国发射的绕月卫星“嫦娥1号”轨道是圆形的,且贴近月球表面.已知地球质量为月球质量的m倍,地球半径为月球半径的n倍,地球上的第一宇宙速度约为v1,则该探月卫星绕月球运行的速率约为( )
正确答案
解析
解:令月球质量为M,则地球质量为mM,令月球的半径为R,则地球的半径为nR,根据万有引力提供圆周运动向心力有,对于地球有:
可得:
所以月球上第一宇宙速度为:v1′==
所以A正确,BCD错误.
故选:A.
经国际小行星命名委员会命名的“神舟星”和“杨利伟星”的轨道均处在火星和木星轨道之间,已知“神舟星”平均每天绕太阳运行174万公里,“杨利伟星”平均每天绕太阳运行145万公里,假设两行星均绕太阳做匀速圆周运动,则两星相比较( )
正确答案
解析
解:A、根据线速度的定义式得:v=,已知“神舟星”平均每天绕太阳运行174万公里,“杨利伟星”平均每天绕太阳运行145万公里,可以得出:“神舟星”的线速度大于“杨利伟星”的线速度
研究卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力得:
=m
(其中M为太阳的质量,r为轨道半径)
r=
由于“神舟星”的线速度大于“杨利伟星”的线速度,所以“神舟星”的轨道半径小于“杨利伟星”的轨道半径,故A错误.
B、研究卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力得:
=m
r
T=2π,其中M为太阳的质量,r为轨道半径,
由于“神舟星”的轨道半径小于“杨利伟星”的轨道半径,所以由于“神舟星”的周期小于“杨利伟星”的周期.故B错误.
C、研究卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力得:
F向=,其中M为太阳的质量,r为轨道半径,m为卫星的质量.
由于不知道“神舟星”和“杨利伟星”的质量大小关系,所以两者的向心力无法比较.故C错误.
D、研究卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力得:
=ma
a= 其中M为太阳的质量,r为轨道半径,
由于“神舟星”的轨道半径小于“杨利伟星”的轨道半径,所以由于“神舟星”的加速度大于“杨利伟星”的加速度.故D正确.
故选:D.
如图,地球赤道上山丘e、近地资源卫星p和同步通信卫星q均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动.设e、p、q的圆周运动速率分别为v1、v2、v3,向心加速度分别为a1、a2、a3,则( )
正确答案
解析
解:A、B、山丘e与同步通信卫星q转动周期相等,根据v=,由于山丘e的轨道半径小于同步通信卫星q的轨道半径,故V1<V3;根据卫星的线速度公式v=
,由于近地资源卫星的轨道半径小于同步通信卫星q的轨道半径,故近地资源卫星的线速度大于同步通信卫星的线速度,即V3<V2;故V1<V3<V2,故A错误,B正确;
C、D、山丘e与同步通信卫星q转动周期相等,根据a=ω2r=,由于山丘e的轨道半径小于同步通信卫星q的轨道半径,故山丘e的轨道加速度大于同步通信卫星q的加速度,即a1<a3;根据卫星的周期公式T=
=2π
,由于近地资源卫星的轨道半径小于同步通信卫星q的轨道半径,故近地资源卫星的加速度小于同步通信卫星的加速度,即a3<a2;故a1<a3<a2,故C、D均错误.
故选:B.
设地球半径为R0,质量为m 的卫星在距地面3R0高处做匀速圆周运动,地面的重力加速度g,则( )
正确答案
解析
解:研究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:=mrω2=ma=m
,
r=4R0,
忽略地球自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式
A、卫星的线速度为v=,故A正确;
B、卫星的角速度为ω=,故B错误;
C、卫星的加速度为a=,故C正确;
D、卫星的周期为T=,故D错误;
故选:AC
有两颗人造地球卫星,它们的质量之比为1:2,运动的线速度大小之比为1:2,则它们的运动周期之比为______;它们的轨道半径之比为______.
正确答案
8:1
4:1
解析
解:(1)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向即:
得:
(2)设周期为T,则:
,
因而
故答案为:8:1; 4:1
假设月球和地球同步卫星都绕地心做匀速圆周运动.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:根据=
得,
,
,
,T=
,
因为月球的周期大于同步卫星的周期,则月球的轨道半径大于同步卫星的轨道半径,故D正确.
地球同步卫星的轨道半径小,则线速度大,角速度大,向心加速度大,故A、B、C错误.
故选:D.
一颗绕地球运转的卫星,距地面高度为h.已知地球半径为R,地面重力加速度为g.求这颗卫星运转的线速度大小和周期分别是多少?
正确答案
解:在地球表面重力与万有引力相等,故有:
可得:GM=gR2
卫星运动行时万有引力提供圆周运动向心力有:
=
得卫星的线速度=
本题关键是要知道,做匀速圆周运动的物体,其万有引力全部用来提供向心力,因此对悬挂物或支持无都没由作用力.
卫星的周期为:T==
答:卫星运转的线速度大小为,卫星的周期为
.
解析
解:在地球表面重力与万有引力相等,故有:
可得:GM=gR2
卫星运动行时万有引力提供圆周运动向心力有:
=
得卫星的线速度=
本题关键是要知道,做匀速圆周运动的物体,其万有引力全部用来提供向心力,因此对悬挂物或支持无都没由作用力.
卫星的周期为:T==
答:卫星运转的线速度大小为,卫星的周期为
.
2013年12月14日21时11分,嫦娥三号探测器成功实施着陆月球“虹湾”区.此次成功落月,标志中国成为全世界第三个实现月面软着陆的国家.21时,嫦娥三号开始从距月面15公里实施动力下降到月面4m处,速度逐渐减为零.悬停一段时间后关闭发动机,让嫦娥三号自由下落到月面.为了减少落月时所受的冲击力,嫦娥三号安装了四条“弹性腿”.已知嫦娥三号的质量约为4×103kg,月球表面的重力加速度g约为1.6m/s2,假设嫦娥三号接触月球地面后为了缓冲,重心继续匀减速下降,缓冲时间为0.4s,取
=2.24.试估算:
(1)嫦娥三号刚接触月面时的速度大小;(保留2位有效数字)
(2)嫦娥三号缓冲时受到的月面支持力大小.(保留2位有效数字)
正确答案
解:(1)根据匀变速直线运动的速度位移公式得,v2=2gh
解得v=
(2)嫦娥三号减速到零的加速度大小=8.8m/s2.
设月球的支持力为N,根据牛顿第二定律得,N-mg=ma
解得N=mg+ma=4×103×(8.8+1.6)N=4.1×104N.
答:(1)嫦娥三号刚接触月面时的速度大小为3.52m/s.
(2)嫦娥三号缓冲时每条腿受到的月面支持力大小为4.1×104N.
解析
解:(1)根据匀变速直线运动的速度位移公式得,v2=2gh
解得v=
(2)嫦娥三号减速到零的加速度大小=8.8m/s2.
设月球的支持力为N,根据牛顿第二定律得,N-mg=ma
解得N=mg+ma=4×103×(8.8+1.6)N=4.1×104N.
答:(1)嫦娥三号刚接触月面时的速度大小为3.52m/s.
(2)嫦娥三号缓冲时每条腿受到的月面支持力大小为4.1×104N.
宇宙飞船要与轨道空间站对接,飞船为了追上轨道空间站( )
正确答案
解析
解:飞船做匀速圆周运动时,引力提供向心力,根据万有引力等于向心力,可以知道速度与轨道半径的关系为v=
A、在较低轨道上,当飞船加速时,在原轨道运行所需要的向心力变大,但万有引力大小不变,故引力不足以提供向心力,飞船会做离心运动,可飞到较高的轨道与空间站对接;故A正确.
B、在较高轨道上或在空间站同一高度的轨道上,当飞船加速时,飞船做离心运动,轨道半径增大,飞到更高的轨道,将不能与空间站对接.故BC错误.
D、由上知D错误.
故选A.
设同步卫星离地心的距离为r,运行速率为v1,加速度为a1;地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2,第一宇宙速度为v2,地球的半径为R,则下列比值正确的是( )
正确答案
解析
解:A、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A、D错误
B、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B正确,C错误;
故选:B.
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