- 万有引力与航天
- 共16469题
人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为r,线速度为v,周期为T,若要使卫星的周期变为2T,下列办法中可能的是( )
正确答案
解析
解:A、若半径r不变,使卫星的线速度减小,卫星将做近心运动,周期减小.故A错误.
B、若v不变,卫星只能在原轨道上运动,半径不变,周期也不变.故B错误.
C、设地球的质量为M,卫星的质量为m.由牛顿第二定律得:
G 得到T=
根据数学知识可知,使轨道半径r变为r时,卫星的周期变2T.
故选C
(2015秋•儋州月考)若在某行星和地球上相对于各自的水平地面附近相同的高度处,以相同的速率平抛一物体,它们在水平方向运动的距离之比为2:.已知该行星质量约为地球的2.5倍,地球的半径为R.由此可知,该行星的半径为( )
正确答案
解析
解:对于任一行星,设其表面重力加速度为g.
根据平抛运动的规律得:
h=gt2
解得:t=
则水平射程为:x=v0t=v0.
可得该行星表面的重力加速度与地球表面的重力加速度之比为:=
=
又g=
可得:=
×
得:=
=
R,故B正确,ACD错误;
故选:B.
一艘宇宙飞船飞近某一新发现的行星,并进入靠近该行星表面的圆形轨道绕行数圈后,着陆在该行星上.飞船上备有以下实验器材
A.精确秒表一只 B.已知质量为m的物体一个 C.弹簧秤一只 D.米尺
已知宇航员在绕行时及着陆后各做了一次测量,依据测量的数据.可求出该星球的半径R及星球的质量M.(已知万有引力常量为G)
(1)宇航员在绕行时所选用的实验器材是______,着陆后所选用的实验器材是______.(用序号表示)
(2)宇航员在绕行时测量的物理量及符号是______,着陆后测量的物理量及符号是______.
(3)用测量数据及题中已知量写出该星球的半径R及星球的质量M的表达式R=______,M=______.
正确答案
解:对于在轨道上的飞船,万有引力等于向心力
解得R=
解上式还得到,把R的值代入得
=
因而需要用计时表测量周期T,用弹簧秤测量物体的重力F.
故答案为:(1)A,BC;(2)周期T,物体重力F;(3),
解析
解:对于在轨道上的飞船,万有引力等于向心力
解得R=
解上式还得到,把R的值代入得
=
因而需要用计时表测量周期T,用弹簧秤测量物体的重力F.
故答案为:(1)A,BC;(2)周期T,物体重力F;(3),
我国航天事业取得了突飞猛进的发展,航天技术位于世界前列,在某航天控制中心对其正上方某卫星测控时,若测得从发送操作指令到接收到卫星已操作的信息需要的时间为t(设卫星接收到操作信息立即操作,并立即发送已操作信息回中心),已知该卫星的运行周期为T,地球的半径为R,该信息的传播速度为c,引力常量为G.则由此可以求出地球的质量为( )
正确答案
解析
解:卫星到地面的高度:h=,卫星的轨道半径:r=R+h,
卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力,
由牛顿第二定律得:G=m
r,解得:G=
;
故选:C.
“神舟六号”载人飞船于2005年10月12日上午9点整在酒泉航天发射场发射升空.由长征运载火箭将飞船送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道上,A点距地面的高度为h1,飞船飞行五周后进行变轨,进入预定圆轨道,如图所示.在预定圆轨道上飞行n圈所用时间为t,于10月17日凌晨在内蒙古草原成功返回.已知地球表面重力加速度为g,地球半径为R.求:
(1)飞船在A点的向心加速度大小;
(2)远地点B距地面的高度.
正确答案
解:(1)飞船在A所受的万有引力F=.
根据黄金代换式GM=gR2.
则a=.
(2)飞船在圆轨道上运动的周期T=.
根据.
GM=gR2.
联立三式解得:h=.
答:(1)飞船在A点的向心加速度大小为.
(2)远地点B距地面的高度为.
解析
解:(1)飞船在A所受的万有引力F=.
根据黄金代换式GM=gR2.
则a=.
(2)飞船在圆轨道上运动的周期T=.
根据.
GM=gR2.
联立三式解得:h=.
答:(1)飞船在A点的向心加速度大小为.
(2)远地点B距地面的高度为.
人造地球卫星绕地球作匀速圆周运动,其速率( )
正确答案
解析
解:设地球的质量为M,卫星的质量为m,地球的半径为R,卫星的轨道为r,速率为v.地球的第一宇宙速度为v1,
则有 ,得v=
当r=R时,v=v1==7.9×103m/s
而实际中卫星的轨道r≥R,则v≤v1=7.9km/s
故B正确、ACD错误
故选:B.
2010年10月1日我国成功发射“嫦娥二号”绕月卫星,绕月运行高度为100公里.2007年10月24日发射的“嫦娥一号”绕月运行高度为200公里,如图所示.“嫦娥二号”卫星与“嫦娥一号”卫星绕月运行相比,下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:卫星绕月球圆周运动万有引力提供向心力有:
可知:
A、线速度,半径小的嫦娥二号线速度大,周期
知,半径小的嫦娥二号周期小,故A正确;
B、周期知,半径小的嫦娥二号周期小,加速度a=
,半径小的嫦娥二号向心加速度大,故B错误;
C、线速度,半径小的嫦娥二号线速度大,加速度a=
,半径小的嫦娥二号向心加速度大,故C错误;
D、角速度,半径小的嫦娥二号角速度大,线速度
,半径小的嫦娥二号线速度大,故D正确.
故选:AD.
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正确;
B、由①解得,T=2π,则TA<TB=TC,故B正确;
C、F=G,已知rA<rB=rC,MA=MB<MC ,可知FA>FB,FB<FC,故C错误;
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ABD.
地球的半径为R,地面的重力加速度为g,某卫星距离地面的高度也为R,设卫星做匀速圆周运动,下列说法正确的有( )
正确答案
解析
解:根据=
.
又GM=gR2.
联立两式解得,ω=
,T=
,a=
.故A、B正确,C、D错误.
故选AB.
2012年6月16日18时37分,“神舟九号”飞船在酒泉卫星发射中心发射升空,不久后在预定的轨道上做匀速圆周运动并准备与在较高轨道上做匀速圆周运动的“天宫一号”空间站对接.相对于“天宫一号”,“神舟九号”的( )
正确答案
解析
解:根据=
得,a=
,v=
,ω=
,T=
,神舟九号的轨道半径小于天宫一号的轨道半径,则神舟九号的线速度大,向心加速度大,周期小,角速度大.故C正确,A、B、D错误.
故选:C.
据报道,2013年9月11日,联盟号TMA-08M飞船与国际空间站一起运行6个月后在哈萨克斯坦距离杰兹卡兹甘镇东南约146公里处着陆,同时返回地球的有3名宇航员.若已知国际空间站绕地球运行的周期为T,空间站轨道所在处重力加速度为g,万有引力常量为G,则 ( )
正确答案
解析
解:A、空间站绕地球做匀速圆周运动,重力提供向心力,解得v=
.联盟号飞船要在低轨道上加速后才能与空间站对接,又由于轨道越低速度越大,故联盟号飞船在与空间站对接前其运行速度大于
,故A正确.
B、联盟号飞船需在低轨道做加速,做离心运动,才能与空间站完成对接,故B错误.
C、联盟号飞船与空间站对接后一起绕地球做圆周运动,不是处于静止状态,故C错误.
D、根据万有引力提供向心力,解得地球的质量M=
,故D错误.
故选:A.
试求赤道上空同步卫星离地面的高度h和运动线速度v各是多少?已知地球质量M=6.0×1024 kg,地球的赤道半径 R=6.4×106m,引力常量 G=6.67×10-11N•m2/kg2,地球自转周期T=24h.
正确答案
解:(1)同步卫星绕地球做圆周运动的向心力由万有引力提供,有:
所以地球同步卫星距地面的高度
h=-R=
=3.59×107m
(2)根据线速度与周期的关系有:m/s=3.08×103m/s
答:(1)同步卫星距地面的高度为3.59×107m
(2)同步卫星运动的线速度v=3.08×103m/s.
解析
解:(1)同步卫星绕地球做圆周运动的向心力由万有引力提供,有:
所以地球同步卫星距地面的高度
h=-R=
=3.59×107m
(2)根据线速度与周期的关系有:m/s=3.08×103m/s
答:(1)同步卫星距地面的高度为3.59×107m
(2)同步卫星运动的线速度v=3.08×103m/s.
我国发射的“嫦娥一号”卫星发射后首先进入绕地球运行的“停泊轨道”,通过加速再进入椭圆“过渡轨道”,该轨道离地心最近距离为L1,最远距离为L2,卫星快要到达月球时,依靠火箭的反向助推器减速,被月球引力“俘获”后,成为环月球卫星,最终在离月心距离L3的“绕月轨道”上以线速度V2飞行.已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,月球表面的重力加速度为
,求:
(1)卫星在“停泊轨道”上运行的线速度V1;
(2)月球的半径r.
正确答案
解:(1)设地球质量为M地,卫星质量为m,则在停泊轨道上万有引力提供圆周运动向心力有:
可得在停泊轨道上的线速度为:
又在地球表面重力与万有引力相等,故有:
所以可得:
所以可得卫星在停泊轨道上的线速度为:
(2)设月球质量为M月,卫星在绕月轨道上做圆周运动万有引力提供圆周运动向心力有:
可得:
又在月球表面重力与万有引力相等,令月球半径为R月,则有:
所以月球半径为:=
答:(1)卫星在“停泊轨道”上运行的线速度为
(2)月球的半径为.
解析
解:(1)设地球质量为M地,卫星质量为m,则在停泊轨道上万有引力提供圆周运动向心力有:
可得在停泊轨道上的线速度为:
又在地球表面重力与万有引力相等,故有:
所以可得:
所以可得卫星在停泊轨道上的线速度为:
(2)设月球质量为M月,卫星在绕月轨道上做圆周运动万有引力提供圆周运动向心力有:
可得:
又在月球表面重力与万有引力相等,令月球半径为R月,则有:
所以月球半径为:=
答:(1)卫星在“停泊轨道”上运行的线速度为
(2)月球的半径为.
如图所示,“嫦娥二号”卫星有地面发射后,进入地月转移轨道,经多次变轨最终进入半径为100km、周期为118min的工作轨道,开始对月球进行探测,则( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供圆周运动向心力可得线速度v=
,在圆轨道上运动第一宇宙速度是绕月飞行的最大速度,故在轨道III上运动的速度小于第一宇宙速度,故A正确;
B、在轨道I上经过P点后,卫星做离心运动,根据离心运动条件可知,卫星在轨道I上经过P点时的速度大于在轨道III上经过P点的速度,故B错误;
C、由几何知识知,卫星在轨道I上的半长轴大于在轨道III上的半径,根据开普勒行星定律可知卫星在轨道III上运动的周期比轨道I上短,故C正确;
D、卫星在轨道I上变轨至轨道II上时,星上发动机需要对卫星做负功使其减速做近心运动,此过程中发动机对卫星做负功,卫星的机械能减小,故D正确.
故选:ACD.
有一极地气象卫星运行轨道是圆形的(经过地球的两极地区上方),它的周期为地球同步卫星周期的一半,分别在每天(即卫星两个周期)两次经过某地面同一地点的上方,为拍摄同一地区上方的云层变化提供了方便.下列关于该气象卫星和地球同步卫星的比较正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供圆周运动向心力有,可得r=
,所以气象卫星与同步卫星的半径比
,故A正确;
B、据可得
,所以线速度之比等于半径的平方根倒数比即:
,故B错误;
C、向高轨道发射相同质量的卫星需要克服地球引力做更多的功,故相同质量的卫星轨道高度越大机械能越大,故C错误;
D、根据动能,所以质量相等的卫星动能之比等于线速度平方之比,即
,故D正确;
故选:AD.
扫码查看完整答案与解析