- 万有引力与航天
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两颗球形行星A和B各有一颗卫星a和b,卫星的圆形轨道接近各自行星的表面,如果两颗行星的质量之比=p,半径之比
=q,则两颗卫星的周期之比
等于______.
正确答案
q
解析
解:研究同卫星绕行星做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式:=m
解得:T=2π
在行星表面运动,轨道半径可以认为就是行星的半径.
两行星质量之比为MA:MB=p,半径之比为RA:RB=q,所以两卫星周期之比:=q
.
故答案为:q.
两颗人造地球卫星质量的比m1:m2=1:2,轨道半径之比r1:r2=3:1.求这两颗卫星运行的周期之比T1:T2=______;线速度之比v1:v2=______.
正确答案
3:1
1:
解析
解:设地球的质量为M.人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,由地球的万有引力提供向心力,则有
G,得 T=2π
,则得两颗卫星运行的周期之比T1:T2=
:
=3
:1
卫星的线速度为 v=
则线速度之比为 v1:v2=1:
故答案为:3:1,1:
我国发射的“神舟八号”飞船,进入预定轨道后绕地球作椭圆轨道运动,地球位于椭圆的一个焦点上,如图所示.飞船从A点运动到远地点B点的过程中,下列表述正确的有( )
正确答案
解析
解:A、根据动能定理,飞船从A点运动到远地点B点的过程中,动能减小,所以万有引力做负功,故A错误,B正确;
C、万有引力定律F=,
飞船从A点运动到远地点B点的过程中,飞船离地心的距离越来越大,飞船受到的引力越来越小,故C正确,D错误;
故选:BC.
据报道.我国数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空,经过4次变轨控制后,于5月l日成功定点在东经77°赤道上空的同步轨道.则关于成功定点后的“天链一号01星”,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由万有引力提供向心力得:得:v=
,线速度v随轨道半径 r的增大而减小,v=7.9 km/s为第一宇宙速度,即围绕地球表面运行的速度,
因同步卫星轨道半径比地球半径大很多,因此其线速度应小于7.9 km/s,故A错误;
B.同步卫星和赤道上的物体具有相同的角速度,所以卫星相对地面静止,故B正确;
C.根据可知:轨道半径越大,角速度越小.同步卫星的轨道半径小于月球绕地球的轨道半径,所以同步卫星绕地球运行的角速度大于月球绕地球运行的角速度.故C错误;
D.同步卫星的角速度与赤道上物体的角速度相等,根据a=rω2,同步卫星的向心加速度大于赤道上物体的向心加速度.故D错误.
故选B.
当人造卫星进入轨道做匀速圆周运动后,下列叙述中不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、万有引力指向地心,充当向心力,指向圆心;故在任何轨道上运动时,地球球心都在卫星的轨道平面内,故A正确;
B、根据v=,r越大,线速度越小,当r=R=6400km时,速度取最大值7.9km/s,故B正确;
C、星内的物体仍受重力作用,处于完全失重状态,故不可用弹簧秤测重力的大小,故C错误;
D、卫星运行时的向心加速度等于卫星轨道所在处的重力加速度,故D正确;
本题选择错误的,故选C.
设地球的质量为M,半径为R,自转周期为T,引力常量为G,“神舟七号”绕地球运行时离地面的高度为h,且小于“同步卫星”距地的高度.则以下有关“神舟七号”与“同步卫星”的说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供圆周运动向心力有卫星线速度v=知神舟七号轨道半径小,绕行线速度大,故A错误;
B、根据开普勒第三定律知,地球卫星半径大的周期大,故B正确;
C、万有引力提供圆周运动向心力,向心加速度之比就是万有引力加速度之比,根据万有引力表达式知万有引力加速度与半径的平方成反比,根据同步卫星的周期和可以求出同步卫星的轨道半径,从而可以求出神舟七号与同步卫星的向心加速度之比,故C正确;
D、根据万有引力提供圆周运动向心力只能计算中心天体质量,故无法计算环绕天体的质量之比,故D错误.
故选:BC.
如图所示,a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造卫星.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:人造卫星绕地球做匀速圆周运动,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,
由F==m
=mω2r=m
r=ma
解得:ω=,v=
,T=2π
,a=
,
由图可以知道,ra<rb=rc,
所以b、c的线速度大小相等,且小于a的线速度,b、c的向心加速度大小相等,且小于a的向心加速度,b、c运行周期相同,且大于a的运行周期,b、c的角速度大小相等,且小于a的角速度,故AC错误,BD正确;
故选:BD.
如图,a、b、c是在地球大气层外圆轨道上运动的3颗卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A根据万有引力提供圆周运动向心力可得线速度知,卫星b、c半径大小相等且大于卫星a的半径故线速度大小相等且小于a的线速度,所以A正确;
B、根据万有引力提供圆周运动向心力可得向心加速度
知半径大的向心加速度小,故B错误;
C、根据万有引力提供圆周运动向心力可得周期
知半径大的周期大,故C正确;
D、卫星在轨道上加速或减速将改变圆周运动所需向心力,而提供向心力的万有引力保持不变,故卫星在轨道上加速或减速时卫星将做离心运动或近心运动而改变轨道高度,故不能追上或等候同一轨道上的卫星,故D错误.
故选:AC
如图所示,在发射地球同步卫星的过程中,卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ,然后在Q点通过改变卫星速度,让卫星进入地球同步轨道Ⅱ,则( )
正确答案
解析
解:A、第一宇宙速度7.9km/s是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度,根据离心运动的条件可知,则该卫星在P点的速度大于7.9 km/s,小于11.2 km/s.故A错误.
B、7.9km/s即第一宇宙速度,是近地卫星的环绕速度,也是最大的圆周运动的环绕速度.而同步卫星的轨道半径要大于近地卫星的轨道半径,根据卫星的速度公式v=可以发现,同步卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度.故B错误.
C、在轨道Ⅰ上,由P点向Q点运动,万有引力做负功,动能减小,所以P点的速度大于Q点的速度.故C正确.
D、从椭圆轨道Ⅰ到同步轨道Ⅱ,卫星在Q点是做逐渐远离圆心的运动,要实现这个运动必须卫星所需向心力大于万有引力,所以应给卫星加速,增加所需的向心力.所以卫星在Q点通过加速实现由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ.故D正确.
故选:ACD.
为了充分利用地球自转的速度,人造卫星发射时,火箭都是______(填由西向东、由东向西、由南向北或由北向南)发射.考虑这个因素,火箭发射场应建在纬度较______(填高或低)的地方较好.若某星球与地球的半径之比为2:3,质量之比为4:9,则该星球的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度速度之比为______.
正确答案
由西向东
低
解析
解:题目要求充分利用地球的自转,因为从空间看,地球是自西向东自转的,所以要充分利用自转的速度,在发射卫星时要沿着地球自转的方向发射卫星,即从西向东发射.由于要充利用自转的速度,所以在地球上发射卫星的地点,自转的线速度越大越好,根据v=rω可知,地球上各点自转的ω是一样的,那么需要更大的线速度则在自转半径最大的地方建立发射场就好,又因为地球是围绕地轴在转动的,转动半径随纬度的增加而减小,故要使发射时自转线速度最大,则自转半径最大,而自转半径最大处在赤道即纬度最低的地方.
第一宇宙速度是卫星绕星近表面速度,万有引力提供向心力,有:
=
v=
某星球与地球的半径之比为2:3,质量之比为4:9,
则该星球的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度速度之比为.
故答案为:由西向东;低;
如图,航天飞机在完成太空任务后,在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,B为轨道Ⅱ上的近地点,关于航天飞机的运动,下列说法中正确的有( )
正确答案
解析
解:A、根据开普勒第二定律可知航天飞机在远地点的速度小于在近地点的速度,A正确.
B、当航天飞机在轨道Ⅱ上A点加速才能变轨到Ⅰ上,故在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在Ⅰ上经过A点的动能,B错误.
C、由开普勒第三定律=k知,在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期,故C正确.
D、由=ma可知,在轨道Ⅱ上经过A的加速度应等于在轨道Ⅰ上经过A的加速度,D错误.
故选AC.
2007年10月24日,我国成功的发射了“嫦娥一号”绕月卫星,在世界上掀起了新一轮的探月高潮.“嫦娥一号”现已运行在平均高度h=200公里、周期T=127分钟、运行线速度v=1600m/s、倾角а=90度的月球极轨圆轨道上.11月26日,中国国家航天局正式公布“嫦娥一号”卫星传回的第一幅月面图象.若万有引力常量为G,根据以上数据,计算:(用字母表示)
(1)月球的半径
(2)月球的质量
(3)月球表面的重力加速度
(4)如果“嫦娥一号”绕月卫星的圆轨道半径减小,试分析它的运行线速度的大小和周期变化.
正确答案
解(1)根据周期与线速度的关系T=,
轨道半径r=h+R
则月球的半径 R=-h
(2)根据万有引力提供向心力得,
解得 M=.
(3)根据万有引力等于重力得,=mg
g=.
(4)根据万有引力提供向心力=
解得,T=
,r减小得线速度变大,周期变小.
答:(1)月球的半径为-h.
(2)月球的质量为.
(3)月球表面的重力加速度为.
(4)如果“嫦娥一号”绕月卫星的圆轨道半径减小,线速度变大,周期变小.
解析
解(1)根据周期与线速度的关系T=,
轨道半径r=h+R
则月球的半径 R=-h
(2)根据万有引力提供向心力得,
解得 M=.
(3)根据万有引力等于重力得,=mg
g=.
(4)根据万有引力提供向心力=
解得,T=
,r减小得线速度变大,周期变小.
答:(1)月球的半径为-h.
(2)月球的质量为.
(3)月球表面的重力加速度为.
(4)如果“嫦娥一号”绕月卫星的圆轨道半径减小,线速度变大,周期变小.
我国发射“神舟十号”载人飞船并实现了与“天空一号”目标飞行器对接.开始对接前,“天空一号”在高轨道,“神舟十号”飞船在低轨道,各自绕地球做匀速圆周运动,距离地面的高度分别为h1和h2(设地球半径为R),“天空一号”的运行周期为90分钟,如图所示,则有
①“天空一号”与”神舟十号“的向心加速度大小之比为
②“天空一号”与”神舟十号“的向心加速度大小之比为
③“天空一号”角速度比地球同步卫星的角速度大
④“天空一号”的运行速度大于7.9km/s
其中正确的是( )
正确答案
解析
解:①②万有引力提供圆周运动向心力有,可得向心加速度
,即向心加速度与轨道半径的平方成反比,故②正确,①错误;
③卫星运动的角速度,故周期短的角速度大,所以③正确;
④7.9km/s是近地航天器绕地球运行的速度,也是绕地球圆周运动的最大速度,故④错误;
所以②③正确,①④错误.
故选:B.
已知地球质量为M,半径为R,自转周期为T,地球同步卫星质量为m,引力常量为G,有关同步卫星下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由万有引力提供向心力得
=m
r
r=,故A正确;
B、由万有引力提供向心力得v=,
同步卫星轨道半径大于地球半径,所以卫星的运行速度小于第一宇宙速度,故B正确;
C、卫星运行时受到的向心力大小是,故C错误;
D、地表重力加速度为g=,卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度,故D正确;
故选:ABD.
我国自行研制发射的“风云一号”、“风云二号”气象卫星的飞行轨道是不同的.“风云一号”是极地圆形轨道卫星,其轨道平面与赤道平面垂直,周期为T1=12h;“风云二号”是同步轨道卫星,其轨道平面就是赤道平面,周期为T2=24h.两颗卫星相比:______离地面较高.若某天上午8点“风云一号”正好通过赤道附近太平洋上一个小岛的上空,那么“风云一号”下一次通过该小岛上空将是______.
正确答案
风云二号
第二天上午8点
解析
解:气象卫星绕地球做匀速圆周运动,由地球的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
G=m
r=
据题,“风云二号”是同步轨道卫星,其周期为24h,则风云一号的周期比风云二号的周期短,所以风云二号离地面较高.
若某天上午8点“风云一号”正好通过赤道附近太平洋上一个小岛的上空,地球自转周期是24h,“风云一号”周期为T1=12h
所以“风云一号”下一次通过该小岛上空将是第二天上午8点.
故答案为:风云二号,第二天上午8点
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