- 万有引力与航天
- 共16469题
2003年10月15日9时,我国神舟五号宇宙飞船,在酒泉卫星发射中心成功发射,把中国第一位航天员杨利伟送入太空.飞船绕地球飞行的周期是91.64分,根据以上消息近似地把飞船运动看做绕地球做匀速圆周运动.试估算飞船距地面的高度.(已知:地球质量为6.0×1024kg,地球的半径R为6.4×103km)
正确答案
解:由于飞船绕地飞行时万有引力提供向心力,故有:
=
解得:h=-R,
代入数据得:h=-6.4×106≈3×105m
答:飞船距地面的高度大约是3×105m.
解析
解:由于飞船绕地飞行时万有引力提供向心力,故有:
=
解得:h=-R,
代入数据得:h=-6.4×106≈3×105m
答:飞船距地面的高度大约是3×105m.
两颗人造地球卫星A和B,A一昼夜旋转nA圈,B一昼夜旋转nB圈,那么A和B的轨道半径之比RA:RB=______.
正确答案
解析
解:设任一卫星的轨道半径为R,由G=m
R,解得:T=2π
据题有:两卫星的周期之比为:TA:TB=:
=nB:nA;
联立解得:RA:RB=;
故答案为:;
(多选)设地面附近重力加速度为g,地球半径为R0,人造地球卫星圆形运行轨道半径为R,那么以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:在地球表面有:可得
,卫星绕地球圆周运动有:
A、卫星的向心加速度a=,故A正确;
B、卫星的线速度,故B正确;
C、卫星的角速度,故C错误;
D、卫星的周期T=2,故D正确.
故选:ABD.
“嫦娥二号”卫星由地面发射后,进入地月转移轨道,经多次变轨最终进入距离月球表面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.月球的第一宇宙速度是卫星贴近月球表面做匀速圆周运动的速度,卫星在轨道Ⅲ上的半径大于月球半径,根据=m
,得卫星的速度
v=,可知卫星在轨道Ⅲ上的运动速度比月球的第一宇宙速度小.故A正确.
B.卫星在轨道Ⅰ上经过P点若要进入轨道Ⅲ,需减速.即知卫星在轨道Ⅲ上经过P点的速度比在轨道Ⅰ上经过P点时小,故B错误.
C.根据开普勒第三定律:,可知卫星在轨道Ⅲ上运动的周期比在轨道Ⅰ上短,故C正确.
D.卫星从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ,在P点需减速.动能减小,而它们在各自的轨道上机械能守恒,所以卫星在轨道Ⅰ上的机械能比在轨道Ⅱ上大.故D正确.
故选:ACD.
中国将于2011年底发射天宫一号飞行器,天宫一号的重量有8吨,类似于一个小型空间实验站,在发射天宫一号之后的两年中,中国将相继发射神舟8、9、10号飞船,分别与天宫一号实现对接.若天宫一号绕地球做匀速圆周运动的速度为28000km/h,地球同步卫星在轨道上的绕行速度约为3.1km/s,根据以上信息可知( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力,有:
G=m
=mω2r=m
=ma
A、若天宫一号绕地球做匀速圆周运动的速度为28000km/h,地球同步卫星在轨道上的绕行速度约为3.1km/s,
所以天宫一号的运行速率大于地球同步卫星在轨道上的绕行速度.
速率v=,所以天宫一号的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径.
周期T=2π,所以天宫一号绕地球运转的周期比地球同步卫星的周期短,即天宫一号绕地球运转的周期比地球自转周期短,故A错误;
B、角速度ω=,天宫一号的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径,所以天宫一号绕地球运转的角速度比地球自转角速度大,故B正确;
C、加速度a=,天宫一号的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径,所以天宫一号比地球同步卫星向心加速度大,故C错误;
D、发射天宫一号比发射同步地球卫星需要的能量小,故D错误;
故选:B.
假设月球半径为R,月球表面的重力加速度为g0.如图所示,飞船首先沿距月球表面高度为3R的圆轨道Ⅰ运动,到达轨道的A点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ,到达轨道Ⅱ的近月点B再次点火进入近月轨道Ⅲ(轨道半径可近似当做R)绕月球做圆周运动.下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、飞船在轨道Ⅰ上,万有引力提供向心力:G=m
,
在月球表面,万有引力等于重力得:G=mg0,解得:v=
,故A错误;
B、根据mg0=m,解得:T=2π
,故B正确;
C、在圆轨道实施变轨成椭圆轨道远地点是做逐渐靠近圆心的运动,要实现这个运动必须万有引力大于飞船所需向心力,所以应给飞船减速,减小所需的向心力,故C正确;
D、飞船在轨道Ⅱ上做椭圆运动,根据开普勒第二定律可知:在近月点速度大于远月点速度,所以飞船在A点的线速度大于在B点的线速度,故D错误.
故选:BC
搭载着嫦娥二号卫星的长征三号丙运载火箭在西昌卫星发射中心点火发射,卫星由地面发射后,进入地月转移轨道,经多次变轨最终进入距离月球表面100公里,周期为118分钟的工作轨道,开始对月球进行探测( )
正确答案
解析
解:A.月球的第一宇宙速度是卫星贴近月球表面做匀速圆周运动的速度,卫星在轨道Ⅲ上的半径大于月球半径,根据,得v=
,可知卫星在轨道Ⅲ上的运动速度比月球的第一宇宙速度小.故A正确.
B.卫星在轨道Ⅰ上经过P点若要进入轨道Ⅲ,需减速.故B错误.
C.卫星在在轨道Ⅲ上和在轨道Ⅰ上经过P时所受万有引力相等,所以加速度也相等,故C错误.
D.卫星从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ,在P点需减速.动能减小,而它们在各自的轨道上机械能守恒,所以卫星在轨道Ⅰ上的机械能比在轨道Ⅱ上多.故D错误.
故选:A.
美国国家科学基金会2010年9月29日宣布,天文学家发现一颗迄今为止与地球最类似的行星,该行星绕太阳系外的红矮星Gliese581做匀速圆周运动.这颗行星距离地球约20光年,公转周期约为37天,它的半径大约是地球的1.9倍,表面重力加速度与地球相近.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据,得
,ω=
,知地球的周期大于行星的周期,知地球的轨道半径大于行星的轨道半径,所以行星的角速度大于地球的角速度.故A正确.
B、根据,得M=
,因为行星表面重力加速度与地球相近,半径大约是地球的1.9倍,则质量约为地球质量的3.61倍.故B正确.
C、根据mg=m,得v=
,因为半径是地球的1.9倍,则第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的
倍.故C错误.
D、发射的速度达到地球的第二宇宙速度,将脱离地球的引力,绕太阳运行.故D错误.
故选AB.
近地卫星因受大气阻力作用,轨道半径逐渐减小时,速度将______(填“变大”或“变小”),环绕周期将______填“变大”或“变小”).
正确答案
变大
变小
解析
解:根据,则v=
,T=2
,知轨道半径减小,则线速度变大,周期变小.
故答案为:变大,变小.
据报道,我国自主研制的“嫦娥二号”卫星在其环月飞行的高度距离月球表面100km时开始全面工作.“嫦娥二号”所探测到得有关月球的数据比环月飞行高度约为200km的“嫦娥一号”更加翔实.若两颗卫星环月运行均可视为匀速运动,运行轨道如图所示,则( )
正确答案
解析
解:设月球的质量为M,嫦娥卫星的质量为m,轨道半径为r.
A、由,得到T=
,可知“嫦娥二号”环月运行的周期比“嫦娥一号”更小.故A错误.
B、由,得到v=
可知,“嫦娥二号”环月运行时的线速度比“嫦娥一号”更大.故B正确.
C、由an==
可知,“嫦娥二号”环月运行时的向心加速度比“嫦娥一号”更大.故C正确.
D、由ω==
可知,“嫦娥二号”环月运行时的角速度比“嫦娥一号”更大.故D错误.
故选:BC.
在地球赤道平面上,有两颗人造地球卫星A和B正在绕地球做匀速圆周运动,其中A为地球同步卫星,则A卫星绕地球运行的角速度大小是______rad/s(用科学计数法表示,保留两位小数).若B卫星的轨道半径是A卫星轨道半径的四分之一,则B卫星的周期是______h.
正确答案
7.3×10-5
3
解析
解:同步卫星的周期T=24h=8.64×104s,故同步卫星的角速度
根据开普勒行星运动定律有:,可得B卫星的周期T=
故答案为:7.3×10-5,3
科幻影片《星际穿越》正风靡全球,该片中涉及了天体物理的许多知识,比如爱因斯坦的相对论、黑洞模型、奇点理论等.以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、宇航员在空间站内处于漂浮状态,是因为宇航员处于完全失重状态,重力提供其绕地球圆周运动的向心力,故A错误.
B、根据相对论可知,尺缩效应是相对的,地球上的米尺如果被带上该行星,相对于该行星静止时,尺的长度相同.故B错误.
C、根据万有引力提供向心力,得
,故
=
,故C错误.
D、卫星所受地球引力与月球引力的大小恰好相等,根据万有引力定律,有:
解得:
又因为r月+r地=L,所以r地=0.9L,即此处到地心的距离为0.9L,故D正确.
故选:D.
假设地球可视为质量均匀分布的球体,其密度为ρ.一颗人造地球卫星在地球上空绕地球做匀速圆周运动,经过时间t,卫星行程为s,卫星与地球中心连线扫过的角度是θ弧度,万有引力常亮为G,求:地球的半径为R=______.
正确答案
s
解析
解:根据线速度的定义得v=
根据角速度的定义得ω=
根据角速度与线速度的关系得r=,
根据万有引力提供向心力
=m
M==ρ•
πR3
解得R=s
故答案为:s
(A)一质量为M=1.2kg的物块静止在水平桌面上,一质量为m=0.02kg的子弹以水平速度v0=100m/s射入物块,在很短的时间内以水平速度10m/s穿出.则子弹穿越木块过程中,子弹和木块组成的系统的动量______(填“守恒”或“不守恒”),子弹穿出时木块获得的水平初速度为______m/s.
( B ) 月球质量是地球质量的 1/81,月球半径是地球半径的 1/3.8,人造地球卫星的第一宇宙速度(即近地圆轨道绕行速度)为 7.9km/s.“嫦娥”月球探测器进入月球的近月轨道绕月飞行,在月球表面附近运行时的速度大小为______km/s; 距月球表面越远的圆轨道上绕月飞行的探测器的速度越______.(填“大”或“小”.).
正确答案
守恒
1.5
1.71
小
解析
解:A、子弹穿越木块的过程中,系统所受的外力之和为零,动量守恒,根据动量守恒定律得:
mv0=mv+Mv′,解得:v′=1.5m/s.
B、根据,知第一宇宙速度v=
,则探测器在月球表面附近运行的速度与第一宇宙速度之比为
.则在月球表面附近运行时的速度大小为:v=7.9×
.
根据v=知,轨道半径越大,线速度越小.
故答案为:(A)守恒,1.5;(B)1.71,小.
(2016•徐汇区一模)若两颗人造地球卫星的轨道半径之比为r1:r2=2:3,则它们所在轨道处的重力加速度之比g1:g2=______,线速度之比v1:v2=______.
正确答案
9:4
解析
解:对在半径为r的轨道上的卫星,万有引力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
解得:
∝
∝
故:
故答案为:9:4,.
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