- 万有引力与航天
- 共16469题
2015年7月25日,搭载两颗新一代北斗导航卫星的“长征三号乙/远征一号”运载火箭在西昌卫星发射中心点火发射,并精确入轨和正常运行.图示为部分北斗卫星的轨道图,这些卫星绕地球做圆周运动的半径相同,则对这些卫星,下列物理量相同的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力有有:
A、半径相同,卫星的质量未知,故不能确定卫星的向心力大小相同,且其方向也不相同,故A错误;
BC、据v=可知,卫星的线速度大小相同,但卫星质量未知,不能确定动能相同,故B错误,C正确;
D、据T=2可知,卫星的周期相同,故D正确.
故选:CD.
如图所示,曲线Ⅰ是绕地球做圆周运动卫星1的轨道示意图,其半径为R;曲线Ⅱ是绕地球做椭圆运动卫星2的轨道示意图,O点为地球的地心,AB为椭圆的长轴,两轨道和地心都在同一平面内,已知在两轨道上运动的卫星的周期相等,万有引力常量为G,地球质量为M,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据开普勒第三定律得=k,a为半长轴,己知卫星在两轨道上运动的卫星的周期相等,所以椭圆轨道的长轴长度为2R,故A错误;
B、B点为椭圆轨道的远地点,速度比较小,v0表示做匀速圆周运动的速度,v0>vB.故B错误;
C、根据牛顿第二定律得a=,卫星在Ⅰ轨道距离地心的距离大于卫星在Ⅱ轨道A点距离地心的距离,所以a0<aA,故C错误;
D、若OA=0.5R,则OB=1.5R,
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,
解得:v=,
如果卫星以OB为轨道半径做匀速圆周运动,v=,
在Ⅱ轨道上,卫星在B点要减速,做近心运动,所以卫星在B点的速率vB<,故D正确;
故选:D
2013年6月“神州十号”与“天宫一号”完美“牵手”,成功实现交会对接(如图),交会对接飞行过程分为远距离导引段、自主控制段、对接段、组合体飞行段和分离撤离段.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、在远距离引导段根据万有引力提供圆周运动向心力有得线速度
,神舟十号如果在天宫一号目标飞行器的前下方,则神舟十号加速抬升轨道时,将飞在天宫一号前面而不能完成交会对接,故A错误,B正确.
C、根据环绕天体的线速度知,第一宇宙速度是轨道半径r=R时的速度,同时也是环绕地球做圆周运动的最大速度,故组合体的速度小于第一宇宙速度7.9km/s,故C正确;
D、根据知,轨道抬升时环绕速度v将减小,故D错误.
故选:BC
一人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,假如该卫星变轨后仍做匀速圆周运动,速度大小增加为原来的2倍,则变轨前后卫星的( )
正确答案
解析
解:AB、卫星圆周运动的向心力由万有引力提供可得可得v=
可知当卫星的速度增加为原来的2倍时,其轨道半径减小为原来的
,故A错误,B正确;
C、据万有引力提供圆周运动向心力有可得卫星周期T=
可知当的变为原来的
,卫星的周期变为原来的
,故C错误;
D、据可得a=
可得半径变为原来的
,加速度变为原来的16倍.故D正确.
故选:BD.
已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,不考虑地球自转的影响.若卫星绕地球做匀速圆周运动,运行周期为T.求卫星的运行轨道距离地面高度为h.
正确答案
解:地表的物体受到的万有引力与物体的重力近似相等即:
=mg ①
由卫星所需的向心力由万有引力提供可得
=m
,r=R+h ②
由①②解得:h=-R
答:卫星的运行轨道距离地面高度为-R.
解析
解:地表的物体受到的万有引力与物体的重力近似相等即:
=mg ①
由卫星所需的向心力由万有引力提供可得
=m
,r=R+h ②
由①②解得:h=-R
答:卫星的运行轨道距离地面高度为-R.
2011年11月3日发射“神舟八号”飞船与“天宫一号”成功实现对接.某同学为此画出“天宫一号”和“神舟八号”绕地球做匀速圆周运动的假想图如图所示,A代表“天宫一号”,B代表“神舟八号”,虚线为各自的轨道.由此假想图,可以判定( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力得
=m
r=m
v=,
天宫一号的半径大,所以“天宫一号”的运行速率小于“神舟八号”的运行速率.故A错误;
B、T=2π,天宫一号的半径大,所以“天宫一号”的周期大于“神舟八号”的周期.故B正确;
C、由于不知道天宫一号和神舟八号的质量关系,所以“天宫一号”所需的向心力和“神舟八号”所需的向心力关系无法确定.故C错误;
D、神舟八号在轨道上加速,由于万有引力小于所需的向心力,神舟八号会做离心运动,离开原轨道,轨道半径增大,可能与天宫一号对接.故D正确;
故选:BD.
2013年12月14日,我国自行研制的“嫦娥三号”探测器成功实施月面软着陆,实现了我国航天器首次在地外天体的软着陆和巡视勘探.12月15日4时06分,“嫦娥三号”着陆器转移机构正常解锁,托举着巡视器轻轻展开、降落、接触月面,并在着陆器与月面之间搭起了一架斜梯.随后,“玉兔号”沿着斜梯款步而下.4时35分,“玉兔号”踏上月球,在月面印出一道长L的深深痕迹.已知地球表面重力加速度为g,地球半径为R,月球质量与地球质量之比为q,月球半径与地球半径之比为p.
(1)求月球表面的重力加速度.
(2)若“玉兔号”沿着斜梯下滑的运动可视作初速度为零、初速度为a的匀加速运动,“玉兔号”在水平月面上滑行时所受阻力约为其重力的k倍,不计“玉兔号”滑行至斜面底端的能量损失,求“玉兔号”滑到斜梯底端时的速度v.
正确答案
解:(1)设月球质量为M月,半径为R月,月球表面重力加速度为g月;地球质量为M地,
则有:
又由
解得:
(2)设“玉兔号”的质量为m,“玉兔号”在水平面上滑行时所受阻力f=kmg月
由牛顿第二定律得:f=ma′
得“玉兔号”在月球上滑行时的加速度大小a′=kg月
由匀变速直线运动规律得:v2=2a′L
解得:
答:(1)求月球表面的重力加速度为.
(2)“玉兔号”滑到斜梯底端时的速度v为.
解析
解:(1)设月球质量为M月,半径为R月,月球表面重力加速度为g月;地球质量为M地,
则有:
又由
解得:
(2)设“玉兔号”的质量为m,“玉兔号”在水平面上滑行时所受阻力f=kmg月
由牛顿第二定律得:f=ma′
得“玉兔号”在月球上滑行时的加速度大小a′=kg月
由匀变速直线运动规律得:v2=2a′L
解得:
答:(1)求月球表面的重力加速度为.
(2)“玉兔号”滑到斜梯底端时的速度v为.
2008年是中国航天事业再创辉煌的一年,神舟七号的成功发射,以及嫦娥二号的研制,标志着中国航天职业逐步迈向世界前列.下列关于人造地球卫星与宇宙飞船的说法中,正确的是( )
正确答案
解析
解:A、设地球的质量为M,卫星的质量m,轨道半径和周期分别为r和T,则有:G=m
;
得到地球的质量为 M=,即根据人造地球卫星的轨道半径、周期和万有引力常量,可以算出地球的质量.故A正确.
B、人造地球卫星速度公式v=,可见,卫星的速率与质量、形状无关,当它们的绕行速率v相等时,半径r相等,由周期T=
得到,周期T相同.故B正确.
C、原来在某一轨道上沿同一方向绕行的人造卫星一前一后,速率相同,后一卫星速率增大时,做离心运动,半径将增大,不可能与前一卫星碰撞.故C错误.
D、由速度公式v=,宇宙飞船的速率与其质量无关,宇航员从舱内慢慢走出,飞船的质量减小,但速率不变.故D错误.
故选AB.
如图所示,人造卫星A、B在同一平面内绕地心O做匀速圆周运动,已知A、B连线与A、O连线间的夹角最大为θ,则卫星A、B的线速度之比为( )
正确答案
解析
解:人造卫星A、B在同一平面内绕地心O做匀速圆周运动.已知A、B连线与A、O连线间的夹角最大为θ,如图:
根据几何关系有RB=RAsinθ
万星绕地球圆周运动万有引力提供圆周运动向心力有:
可得v=
所以
所以C正确,ABD错误.
故选:C.
一卫星正绕地球做匀速圆周运动.现启动卫星的发动机使其速度增大,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,成为另一轨道上的卫星.该卫星在后一轨道与在前一轨道相比( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有有:
A、线速度,可知轨道半径变大,线速度变化小故A错误;
B、加速度,可知轨道半径变大,向心加速度变小,故B错误;
C、周期T=,可知轨道半径变大,周期变大,故C正确;
D、卫星发动机对卫星做正功,故卫星的机械能增大,故D正确.
故选:CD.
(2015秋•无锡期末)“轨道康复者”是“垃圾”卫星的救星,被称为“太空110”,它可在太空中给“垃圾”卫星补充能源,延长卫星的使用寿命,假设“轨道康复者”轨道平面与地球赤道平面重合,轨道半径为地球同步卫星轨道半径的五分之一,其运动方向与地球自转方向一致,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、轨道半径越大,角速度越小,同步卫星和地球自转的角速度相同,所以轨道康复者的角速度大于地球自转的角速度,所以站在地球赤道上的人观察到“轨道康复者”向东运动.故A错误.
B、根据速度公式v=,所以“轨道康复者”的速度地球同步卫星速度的
倍,故B错误
C、根据=mg=ma,“轨道康复者”绕地球做匀速圆周运动时的轨道半径为地球同步卫星轨道半径的五分之一,知“轨道康复者”的加速度是地球同步卫星加速度的25倍,故C正确;
D、“轨道康复者”要在原轨道上加速将会做离心运动,到更高的轨道上,故D错误;
故选:C
人造卫星在太空绕地球运行中,若天线偶然折断,天线将( )
正确答案
解析
解:当地球对卫星的万有引力提供向心力时,质量为m人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动时,
由:得,v=
.
卫星的天线偶然折断了,质量为m0天线的线速度不变,其受到得万有引力恰好为天线提供绕地球做圆周运动的向心力,
,解得v=
.
所以天线继续和卫星一起沿轨道做匀速圆周运动.故A正确,B、C、D错误.
故选A.
我国探月工程计划在2015年以前通过无人驾驶的轨道飞行器,在月球上进行采样工作,以此方式执行最初的登月计划,并最终实现中国人登上月球.假设2017年7月7日,我国宇航员乘“嫦娥五号”飞船到月球上考察.宇航员完成了对月球表面的科学考察任务后,乘坐返回舱返回围绕月球做圆周运动的轨道舱,如图所示,为了安全,返回舱与轨道舱对接时,必须具有相同的速度.已知返回舱与人的总质量为m,月球的半径为R,月球表面的重力加速度为g0,轨道舱到月球中心的距离为r,不计月球自转的影响.
(1)返回舱至少需要多大速度才能绕月飞行,不再落回月面?
(2)卫星绕月过程中具有的机械能由引力势能和动能组成.已知当它们相距无穷远时引力势能为零,它们距离为r时,引力势能为EP=-GMm/r.则该宇航员乘坐的返回舱至少需要获得多少能量才能返回轨道舱?
正确答案
解:(1)月球对返回舱的引力F应是其运动所受的向心力.则有
G=m
①
在月球表面上,返回舱和人所受到的万有引力近似等于重力,则.
G=mg0.②
可得v=
故返回舱至少需要的速度才能绕月飞行,不再落回月面.
(2)设轨道舱的质量为m0,速度大小为v,则
G=m0
,得v=
则宇航员乘坐返回舱与轨道舱进行对接时,具有的动能为:
EK=mv2=G
因此返回舱返回过程中克服引力做的功为
W=-G-(-G
)=G
-G
由能量守恒可知返回舱返回时至少需要能量
E=EK+W=G+G
-G
=G
-G
=mg0R(1-
)
答:
(1)返回舱至少需要有的速度才能绕月飞行,不再落回月面.
(2)该宇航员乘坐的返回舱至少需要获得mg0R(1-)能量才能返回轨道舱.
解析
解:(1)月球对返回舱的引力F应是其运动所受的向心力.则有
G=m
①
在月球表面上,返回舱和人所受到的万有引力近似等于重力,则.
G=mg0.②
可得v=
故返回舱至少需要的速度才能绕月飞行,不再落回月面.
(2)设轨道舱的质量为m0,速度大小为v,则
G=m0
,得v=
则宇航员乘坐返回舱与轨道舱进行对接时,具有的动能为:
EK=mv2=G
因此返回舱返回过程中克服引力做的功为
W=-G-(-G
)=G
-G
由能量守恒可知返回舱返回时至少需要能量
E=EK+W=G+G
-G
=G
-G
=mg0R(1-
)
答:
(1)返回舱至少需要有的速度才能绕月飞行,不再落回月面.
(2)该宇航员乘坐的返回舱至少需要获得mg0R(1-)能量才能返回轨道舱.
关于人造地球卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、第一宇宙速度7.9km/s是在地面发射人造卫星所需的最小速度,也是圆行近地轨道的环绕速度,也是圆形轨道上速度的最大值.故A错误;
B、在地球表面处物体万有引力等于重力,绕地球做匀速圆周运动并离地球最近的人造卫星由万有引力提供向心力.
所以绕地球做匀速圆周运动并离地球最近的人造卫星重力提供向心力,即mg=ma
所以绕地球做匀速圆周运动并离地球最近的人造卫星的向心加速度为9.8m/s2.故B正确;
C、由万有引力提供向心力,即=
T=2π,轨道半径越大,周期越大.
同步卫星的周期是24小时,所以绕地球做匀速圆周运动的人造卫星运转周期可以大于24小时,
但是轨道半径不能小于地球半径,所以绕地球做匀速圆周运动的人造卫星运转周期有最小值,即84min,故C正确,D错误;
故选:BC.
2010年10月1日,“嫦娥二号”成功发射,已知“嫦娥二号”绕月飞行轨道近似圆形,距离月球表面高度为H,飞行周期为T,月球的半径为R,万有引力常量为G.试求:
(1)月球的质量M;
(2)如果在月球表面做平抛运动实验,物体抛出时离地面高度为h(h<R),水平位移为L,则物体抛出时初速度是多少?
正确答案
解:(1)令月球质量为M,根据万有引力提供圆周运动向心力有:
可得月球的质量为:M=
(2)在月球表面重力等于万有引力有:
可得月球表面重力加速度为:g=
根据平抛运动知识知:在月球表面h处将物体水平抛出,物体水平位移为:L=
所以物体水平抛出的速度为:=
答:(1)月球的质量为;
(2)如果在月球表面做平抛运动实验,物体抛出时离地面高度为h(h<R),水平位移为L,则物体抛出时初速度是.
解析
解:(1)令月球质量为M,根据万有引力提供圆周运动向心力有:
可得月球的质量为:M=
(2)在月球表面重力等于万有引力有:
可得月球表面重力加速度为:g=
根据平抛运动知识知:在月球表面h处将物体水平抛出,物体水平位移为:L=
所以物体水平抛出的速度为:=
答:(1)月球的质量为;
(2)如果在月球表面做平抛运动实验,物体抛出时离地面高度为h(h<R),水平位移为L,则物体抛出时初速度是.
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