- 万有引力与航天
- 共16469题
如图所示,在地球赤道上空相对地面静止的同步卫星围绕地心做匀速圆周运动.已知地球自转的周期T=8.6×104 s,该卫星距离地面的高度h=3.6×107 m,地球半径R=6.4×106 m.
(1)求卫星做圆周运动的角速度;
(2)求卫星做圆周运动的线速度大小;
(3)如果卫星上的某一部件质量为10kg,求这个部件受到地球的吸引力大小.
正确答案
解:(1)卫星做圆周运动的周期与地球自转周期相同,故其角速度为:
(2)同步卫星圆周运动的轨道半径r=R+h,故其线速度为:
v=ωr=ω(R+h)=7.3×10-5×(6.4×106+3.6×107)m/s=3.1×103m/s
(3)卫星中的部件受到的引力提供部件随卫星回周运动的向心力,故有:
答:(1)卫星做圆周运动的角速度为7.3×10-5rad/s;
(2)卫星做圆周运动的线速度大小为3.1×103m/s;
(3)如果卫星上的某一部件质量为10kg,这个部件受到地球的吸引力大小为2.3N.
解析
解:(1)卫星做圆周运动的周期与地球自转周期相同,故其角速度为:
(2)同步卫星圆周运动的轨道半径r=R+h,故其线速度为:
v=ωr=ω(R+h)=7.3×10-5×(6.4×106+3.6×107)m/s=3.1×103m/s
(3)卫星中的部件受到的引力提供部件随卫星回周运动的向心力,故有:
答:(1)卫星做圆周运动的角速度为7.3×10-5rad/s;
(2)卫星做圆周运动的线速度大小为3.1×103m/s;
(3)如果卫星上的某一部件质量为10kg,这个部件受到地球的吸引力大小为2.3N.
我国成功实施了“神舟”七号载人航天飞行并实现了航天员首次出舱.若飞船先沿椭圆轨道1飞行,后在远地点343km处点火加速,由椭圆轨道1变成高度为343km的圆轨道2,在圆轨道2上飞船的运行周期约为90min.下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、变轨时,点火加速做离心运动,故机械能增加,故A错误;
B、飞船在圆轨道上运动时,万有引力完全提供圆周运动向心力故航天员出舱前后都处于失重状态,故B正确;
C、根据,因为在圆轨道上的周期小于同步卫星的周期,故在圆轨道上的角速度大于同步卫星的角速度,故C错误;
D、飞船变轨前后都只受万有引力作用,根据万有引力定律和牛顿第二定律可知,故在同一地点P时的加速度大小相等,故D正确.
故选:BD.
如图所示,a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据,解得a=
,v=
,b、c的轨道半径相等,线速度、向心加速度相等,轨道半径越大,线速度、向心加速度越小.故A正确,B错误.
C、c加速,万有引力不够提供向心力,做离心运动,离开原轨道,b减速,万有引力大于所需向心力,卫星做近心运动,离开原轨道,所以不会与同轨道上的卫星相遇.故C错误.
D、卫星由于某原因,轨道半径缓慢减小,万有引力做正功,动能增加,则线速度增大.故D正确.
故选AD.
某一人造卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为月球轨道半径的,则此卫星的运行周期大约是( )
正确答案
解析
解;根据万有引力提供向心力,
=m
r得,
T=2π
则卫星与月球的周期之比为.
月球绕地球运行周期大约为27天,
则卫星的周期为T星═5.77 天.故B正确,A、C、D错误.
故选:B.
嫦娥一号卫星绕月轨道为圆,轨道高度100km,运动周期127分钟,已知引力常量G和月球半径,可以用上述条件求得的是( )
正确答案
解析
解:A、绕月卫星绕月球做匀速圆周运动,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、月球质量为M,有:G=m(
)2(R+h),地球表面重力加速度公式:g月=
,解得:g月=
,即可以求出月球表面的重力加速度,故A正确;
B、由于卫星的质量未知,不能求出月球对卫星的吸引力,故B错误;
C、线速度:v==
,可以求出卫星的线速度,故C正确;
D、向心加速度:a=ω2r=,可以求出向心加速度,故D正确;
故选:ACD.
一颗质量为m的卫星围绕地球,在距离地球表面h高处,以周期T做匀速圆周运动,已知地球半径为R,引力常量为G,求:地球的质量M.
正确答案
解:卫星作匀速圆周运动,根据万有引力充当向心力得
=m
r
r=R+h
解得M=,
答:地球的质量是.
解析
解:卫星作匀速圆周运动,根据万有引力充当向心力得
=m
r
r=R+h
解得M=,
答:地球的质量是.
(2015春•房山区校级月考)对于绕地球做匀速圆周运动的卫星,以下论断正确的是( )
正确答案
解析
解:设人造卫星的质量为m,轨道半径为r,线速度为v,公转周期为T,地球质量为M,
由于人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,故
G=m
=ma=mω2r=m
A、v=,卫星离地面越高,线速度越小,故A错误;
B、ω=,卫星离地面越高,角速度越小,故B错误;
C、T=2π,卫星离地面越高,周期越长,故C正确;
D、a=,卫星离地面越高,向心加速度越小,故D错误;
故选:C.
“嫦娥一号”于2009年3月1日下午4时13分成功撞月,从发射到撞落历时433天,标志着我国一期探月工程圆满结束.其中,卫星发射过程先在近地圆轨道绕行3周,再长途跋涉进入近月圆轨道绕月飞行.若月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度的,月球半径为地球半径的
,据以上信息得( )
正确答案
解析
解:A、根据近地(近月)飞行时,重力提供圆周运动的向心力可得:
mg=mR()2可得:周期T=
,
所以周期之比:
,故A正确,B错误,
C、根据近地(近月)飞行时,重力提供圆周运动的向心力可得:a向=g,
所以=
=
,故C正确;
D、在星球表面重力和万有引力相等可知:G=mg,
所以M=,所以月球和地球的质量之比为:
=
=
,故D正确.
故选ACD.
已知地球质量为M,一颗人造卫星的质量为m,离地面的高度为h,卫星做匀速圆周运动,已知地球半径为R,求:
(1)卫星受到的向心力的大小;
(2)卫星的速率.
正确答案
解:(1)由地球的万有引力提供向心力得
卫星受到的向心力的大小F=.
(2)根据万有引力提供向心力得,=m
解得线速度v==
.
答:(1)卫星受到的向心力的大小是;
(2)卫星的速率是.
解析
解:(1)由地球的万有引力提供向心力得
卫星受到的向心力的大小F=.
(2)根据万有引力提供向心力得,=m
解得线速度v==
.
答:(1)卫星受到的向心力的大小是;
(2)卫星的速率是.
如图所示,a为地球赤道上的物体,b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星,c为地球同步卫星.关于a、b、c做匀速圆周运动的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星b、c靠万有引力提供向心力,赤道上的物体a靠万有引力和支持力的合力提供向心力,故A错误.
B、对于b、c,根据知,v=
,则vb>vc,因为a、c的角速度相等,根据v=rω知,c的半径大于a的半径,则vc>va,所以va<vc<vb.故B正确.
C、对于b、c,根据知,a=
,则ab>ac,因为a、c的角速度相等,根据a=rω2知,c的半径大于a的半径,则ac>aa,故C错误.
D、对b、c,根据知,T=
,可知Tc>Tb,因为同步卫星的周期与地球自转的周期相等,则Tc=Ta,故D错误.
故选:B.
我国启动“嫦娥工程”,并于2007年10月24日和2010年10月1日分别将“嫦娥一号”和“嫦娥二号”成功发射,“嫦娥三号”亦有望在2013年落月探测90天,并已给落月点起了一个富有诗意的名字-“广寒宫”,我国科学家已经陆续展开了有关月球探测方面的研究和讨论,月球正在成为我国科研的新大陆.若已知“嫦娥二号”卫星绕月球运动的轨道半径为r,绕月球运动的周期为T,月球的半径R,卫星绕月球的运动近似看做匀速圆周运动,请求出月球表面重力加速度g.
正确答案
解:“嫦娥二号”绕月球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力得:
在月球表面,根据万有引力等于重力得:
联立解得:g=
答:月球表面重力加速度g为.
解析
解:“嫦娥二号”绕月球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力得:
在月球表面,根据万有引力等于重力得:
联立解得:g=
答:月球表面重力加速度g为.
宇宙间存在一些离其它恒星较远的、由质量相等的四颗星组成的四星系统,通常可忽略其他星体对它们的引力作用.已观测到的四星系统存在着一种基本的构成形式是:三颗星位于等边三角形的三个顶点上,并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行,第四颗星位于圆形轨道的圆心处,已知圆形轨道的半径为R,每颗星体的质量均为m.求:
(1)中心星体受到其余三颗星体的引力的大小;
(2)三颗星体沿圆形轨道运动的线速度和周期.
正确答案
解:(1)中心星体受到其余三颗星体的引力大小相等,方向互成1200.
据力的合成法则,中心星体受到其他三颗星体的引力的合力为零.
(2)对圆形轨道上任意一颗星,根据万有引力定律和牛顿第二定律有:
又因为r=2R•cos30°
由以上两式可得三颗星体运动的线速度为:
三颗星运动的周期为:
答:(1)中心星体受到其余三颗星体的引力的大小为零;
(2)三颗星体沿圆形轨道运动的线速度为,周期为
.
解析
解:(1)中心星体受到其余三颗星体的引力大小相等,方向互成1200.
据力的合成法则,中心星体受到其他三颗星体的引力的合力为零.
(2)对圆形轨道上任意一颗星,根据万有引力定律和牛顿第二定律有:
又因为r=2R•cos30°
由以上两式可得三颗星体运动的线速度为:
三颗星运动的周期为:
答:(1)中心星体受到其余三颗星体的引力的大小为零;
(2)三颗星体沿圆形轨道运动的线速度为,周期为
.
在地月系统中,若忽略其它星球的影响,可将月球和地球看成双星系统,即它们在彼此引力作用下绕二者连线上的某点做匀速圆周运动.设想人类能够在月球行生活,为了减轻地球上人口太多的压力,可以不断将人送到月球上居住,假设月球和地球间的距离不变,它们的轨道可看成圆,则在该过程中,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、设月球质量为m,地球质量为M,月球与地球之间的距离为r,
根据万有引力定律得地球与月球间的万有引力:F=,
地球做圆周运动的半径为 r1 ,月球做圆周运动的半径为 r2,则:
地月间距离 r=r1 +r2 ①
对于地球 有:=Mω2r1 ②
对于月球 有:=mω2r2 ③
ω=,
由于地月总质量M+m不变,所以地球、月球运动的角速度不变,故AB错误;
C、为了减轻地球上人口太多的压力,可以不断将人送到月球上居住,即M减小,m增大,
对于地球 有:=Mω2r1,所以地球做圆周运动的轨道半径增大,故C正确,D错误;
故选:C.
设地球的半径为R0,质量为m的人造卫星在距地面R0高处做匀速圆周运动,地面的重力加速度为g,则下列说法中不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、万有引力等于重力,得GM=
,根据万有引力提供向心力
=ma,得
.故A正确.
B、ω=.故B正确.
C、.故C错误.
D、.故D正确.
本题选错误的,故选C.
2007年10月24日,我国第一颗探月卫星“嫦娥一号”成功发射,标志着我国航天事业取得巨大成就.卫星发射后,假设地-月转移轨道阶段可以简化为:绕地球做匀速圆周运动的卫星,在适当的位置P点火,进入Q点后被月球俘获绕月球做匀速圆周运动,已知月球表面重力加速度为g,月球半径为R,“嫦娥一号”绕月球做匀速圆周运动的轨道半径为r,从发射“嫦娥一号”到在绕月轨道上正常运行,其示意图如图所示,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、“嫦娥一号”在P点变轨时,启动火箭向后喷气,使之做离心运动,才能逐渐脱离地球的引力束缚.故A错误.
B、在Q点启动火箭向运动方向喷气,使“嫦娥一号”做向心运动,才能使之到在绕月轨道上运行.故B正确.
C、D设月球的质量为M,卫星的质量为m,“嫦娥一号”在绕月轨道上运行时,由月球的万有引力提供向心力,则有
G=m
,
又G=mg,联立解得,v=
.故C错误,D正确.
故选BD
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