- 万有引力与航天
- 共16469题
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,则“神舟七号”与“同步卫星”各自所处轨道处的重力加速度之比为( )
正确答案
解析
解:万有引力提供向心力,r=
.
根据万有引力等于重力,得
所以“神舟七号”与“同步卫星”各自所处轨道处的重力加速度之比=
.故C正确,A、B、D错误.
故选C.
嫦娥二号卫星是嫦娥一号卫星的姐妹星,嫦娥二号卫星上搭载的CCD相机的分辨率将更高,所探测到的有关月球的数据将更加翔实.其成功发射为实现我国的登月计划迈出了重要的一步.已知“嫦娥二号”绕月飞行轨道可以看作圆周,距月球表面高度为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)月球表面的重力加速度g.
正确答案
解:(1)依据题意,由万有引力提供向心力,设卫星质量为m
得:
(2)月球表面的物体的重力等于万有引力
可得
将代入上式
得:
答:(1)月球的质量M为;
(2)月球表面的重力加速度g为.
解析
解:(1)依据题意,由万有引力提供向心力,设卫星质量为m
得:
(2)月球表面的物体的重力等于万有引力
可得
将代入上式
得:
答:(1)月球的质量M为;
(2)月球表面的重力加速度g为.
最近,科学家在望远镜中看到太阳系外某一恒星有一行星,并测得它围绕该恒星运动一周所用的时间为1200年,它与该恒星的距离为地球到太阳距离的100倍.假定该行星绕恒星运行的轨道和地球绕太阳运行的轨道都是圆周.仅利用以上两个数据可以求出的量有( )
正确答案
解析
解:行星绕恒星做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,设恒星质量为M,行星质量为m,轨道半径为r,有
G=m(
)2r ①
解得
M=
同理,太阳质量为
M′=
由于地球的公转周期为1年,故可以求得恒星质量与太阳质量之比,故A正确;
又由于
v=
故可以求得行星运行速度与地球公转速度之比,故D正确;
由于①式中,行星质量可以约去,故无法求得行星质量,故C错误;
由于恒星与太阳的体积均不知,故无法求出它们的密度之比,故B错误;
故选AD.
关于环绕地球运动的卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星,可能具有相同的周期,故A错误;
B、沿椭圆轨道运行的一颗卫星,在轨道对称的不同位置具有相同的速率,故B正确;
C、根据万有引力提供向心力,列出等式:=m
(R+h),其中R为地球半径,h为同步卫星离地面的高度.由于同步卫星的周期必须与地球自转周期相同,所以T为一定值,根据上面等式得出:同步卫星离地面的高度h也为一定值.故C错误;
D、它若在除赤道所在平面外的任意点,假设实现了“同步”,那它的运动轨道所在平面与受到地球的引力就不在一个平面上,这是不可能的,因此同步卫星相对地面静止不动,所以同步卫星不可能经过北京上空,故D错误;
故选:B.
在地球表面圆轨道运行的人造地球卫星,绕行一周所用的时间为T,那么地球的密度是______,若地月的密度之比约为5:3,则卫星在月球表面绕行一周需要的时间是______.(万有引力恒量用G表示.球体体积公式πR3,其中R为球体半径)
正确答案
T
解析
解:在地球表面圆轨道运行的人造地球卫星,绕行一周所用时间为T,
根据万有引力提供向心力列出等式
解得地球的质量为
密度ρ==
若地月的密度之比约为5:3,
根据密度公式,可得周期之比为
所以
故答案为:;
T.
“嫦娥一号”是我国首次发射的探月卫星.已知它在距月球表面高度为h的圆形轨道上运行,运行周期为T,引力常量为G,月球半径为R
(1)求月球的质量;
(2)求月球的密度;
(3)求月球表面的重力加速度.
正确答案
解:(1)根据万有引力提供向心力得,,
解得月球的质量M=.
(2)月球的体积V=,
则月球的密度.
(3)根据万有引力等于重力得,,
解得g=.
答:(1)月球的质量为;
(2)月球的密度为;
(3)求月球表面的重力加速度为.
解析
解:(1)根据万有引力提供向心力得,,
解得月球的质量M=.
(2)月球的体积V=,
则月球的密度.
(3)根据万有引力等于重力得,,
解得g=.
答:(1)月球的质量为;
(2)月球的密度为;
(3)求月球表面的重力加速度为.
发射地球同步卫星时,先将卫星发射到近地圆轨道1,然后经点火加速使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步圆轨道3.轨道1与2相切于Q点,轨道2与3相切于P点,如图所示,则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、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,有
解得:,轨道3半径比轨道1半径大,卫星在轨道1上线速度较大,故A错误;
B、ω=,轨道3半径比轨道1半径大,卫星在轨道3上角速度较小,故B正确;
C、卫星运行时只受万有引力,加速度a=,所以卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度.故C错误.
D、根据开普勒第三定律,轨道半径或半长轴越大,周期越大,故卫星在轨道1上运动的周期小于它在轨道3上运动的周期,故D正确.
故选:BD
甲、乙为两颗不同的地球卫星,其中甲为地球同步卫星,乙的运行高度低于甲的运行高度,两卫星轨道均可视为圆轨道.以下判断正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有可知:
A、周期由于甲的轨道半径大,周期大,故A正确;
B、加速度由于甲的轨道半径大,故甲的加速度小于乙,故B错误;
C、据v=可知,第一宇宙速度是绕地球匀速圆周运动的最大速度,故C错误;
D、据F=可知,向心力的大小除了与轨道半径大小有关外还与卫星的质量有关,因不知道两颗卫星的质量大小关系,故不能得出甲乙向心力的大小关系,故D错误.
故选:A.
我国成功发射了“嫦娥一号”探测卫星,标志着中国航天正式开始了深空探测新时代,已知月球的半径约为地球的,月球表面的重力加速度约为地球的
,地球半径
,地球表面的重力加速度g=9.8m/s2,求绕月球飞行的卫星的周期最短约为多少?(计算结果保留1位有效数字)
正确答案
解:绕月球飞行的卫星,轨道半径越小,则周期越短,因此周期最短的卫星在很靠近月球表面的轨道上运行,轨道半径可看成月球的半径.
设月球的半径为R月、月球表面的重力加速度为g月,卫星的最短周期为T,则
将,
代入可得
代入数据解得卫星的最短周期约为T=6×103s.
答:绕月球飞行的卫星的周期最短约为=6×103s.
解析
解:绕月球飞行的卫星,轨道半径越小,则周期越短,因此周期最短的卫星在很靠近月球表面的轨道上运行,轨道半径可看成月球的半径.
设月球的半径为R月、月球表面的重力加速度为g月,卫星的最短周期为T,则
将,
代入可得
代入数据解得卫星的最短周期约为T=6×103s.
答:绕月球飞行的卫星的周期最短约为=6×103s.
目前,在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运转,其中一些卫星的轨道可近似为圆,且轨道半径逐渐变小.若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中,只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用,则下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由=
可知,v=
,可见,卫星的速度大小随轨道半径的减小而增大,所以A错误;
B、由于卫星高度逐渐降低,所以地球引力对卫星做正功,引力势能减小,所以B错误;
C、由于气体阻力做负功,所以卫星与地球组成的系统机械能减少,故C错误;
D、根据动能定理可知引力与空气阻力对卫星做的总功应为正值,而引力做的功等于引力势能的减少,即卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的变化,所以D正确.
故选:D.
两颗人造地球卫星质量之比m1:m2=1:2,轨道半径之比R1:R2=3:1,下列有关数据之比正确的是( )
正确答案
解析
解:根据得,a=
,v=
,T=
.所以
,
,
.因为两颗人造地球卫星质量之比m1:m2=1:2,所以向心力之比
.故D正确,A、B、C错误.
故选D.
宇航员站在一星球表面上的某高处,以初速度V0沿水平方向抛出一个小球,经过时间t,球落到星球表面,小球落地时的速度大小为V,已知该星球的半径为R,引力常量为G,求该星球的质量及该星球的第一宇宙速度.
正确答案
解:根据平抛知识有:
小球落地时的速度
小球在竖直方向做自由落体运动,故可知,星球表面重力加速度g=
根据星球表面重力与万有引力相等有:
可得星球的质量M==
星球的第一宇宙速度为绕星球表面飞行的卫星的线速度,据万有引力与重力相等和万有引力提供圆周运动向心力有:
mg=
可得星球第一宇宙速度为=
答:星球的质量为,星球的第一宇宙速度为
.
解析
解:根据平抛知识有:
小球落地时的速度
小球在竖直方向做自由落体运动,故可知,星球表面重力加速度g=
根据星球表面重力与万有引力相等有:
可得星球的质量M==
星球的第一宇宙速度为绕星球表面飞行的卫星的线速度,据万有引力与重力相等和万有引力提供圆周运动向心力有:
mg=
可得星球第一宇宙速度为=
答:星球的质量为,星球的第一宇宙速度为
.
2012年6月18日,神州九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地面343km的近圆形轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接.对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气,下面说法正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、又第一宇宙速度为最大环绕速度,天宫一号的线速度一定小于第一宇宙速度.故A错误;
B、根据万有引力提供向心力有:⇒v=
得轨道高度降低,卫星的线速度增大,故动能将增大,所以B正确;
C、卫星本来满足万有引力提供向心力即,由于摩擦阻力作用卫星的线速度减小,提供的引力大于卫星所需要的向心力故卫星将做近心运动,即轨道半径将减小,故C正确;
D、失重状态说明航天员对悬绳或支持物体的压力为0,而地球对他的万有引力提供他随天宫一号围绕地球做圆周运动的向心力,所以D错误
故选BC.
在圆轨道运动的质量为m的人造地球卫星,它到地面的距离等于地球半径R,已知地面上的重力加速度为g,则( )
正确答案
解析
解:根据,解得v=
,T=
,a=
.
又GM=gR2,所以卫星的线速度v=,周期T=
,加速度a=
.则卫星的动能
.故B、D正确,A、C错误.
故选BD.
某一行星有一质量为m的卫星,以半径r,周期T做匀速圆周运动,求:
(1)行星的质量M;
(2)卫星的加速度.
正确答案
解:令行星的质量为M,则行星对卫星的万有引力提供圆周运动向心力有:
=ma
则行星的质量M=
卫星的加速度a=
答:(1)行星的质量M为;
(2)卫星的加速度为.
解析
解:令行星的质量为M,则行星对卫星的万有引力提供圆周运动向心力有:
=ma
则行星的质量M=
卫星的加速度a=
答:(1)行星的质量M为;
(2)卫星的加速度为.
扫码查看完整答案与解析