- 万有引力与航天
- 共16469题
如图所示,在同一轨道平面上的三个人造地球卫星A、B、C在某一时刻恰好在同一直线上,下列说法正确的有( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力可得:
A、设地球的质量为M,卫星的轨道半径为r,卫星的速度v=,可见,r越大,v越小,则有vA>vB>vC.故A错误;
B、由于三颗的质量关系未知,无法根据万有引力定律F=G比较引力的大小.故B错误;
C、卫星的向心加速度等于a=,r越小,a越大,则有aA>aB>aC.故C正确;
D、卫星的周期T=,r越大,T越大,所以运动一周后,A先回到原地点、C最晚回到原地点.故D错误.
故选:C.
我国发射的“嫦娥一号”卫星绕月球经过一年多的运行,完成了既定任务,于2009年3月1日16时13分成功撞月.如图为“嫦娥一号”卫星撞月的模拟图,卫星在控制点开始进入撞月轨迹.假设卫星绕月球作圆周运动的轨道半径为r,周期为T,引力常量为G,根据题中信息,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供圆周运动向心力
=m
r
可以求出月球的质量M,故A正确;
BC、根据万有引力提供圆周运动向心力列出等式,但卫星的质量m约掉了,不能求出“嫦娥一号”的质量,
所以也不能求出月球对“嫦娥一号”卫星的引力,故BC错误;
D、撞月轨道是一个离月球越来越近的轨道,即“嫦娥一号”卫星要做向心运动,所以“嫦娥一号”卫星在控制点处应减速,使得万有引力大于所需要的向心力,做逐渐靠近圆心的运动,故D错误.
故选:A.
宇宙飞船在返回地球的过程中,有一段时间由于受到稀薄大气的阻力作用,飞船的轨道半径会越来越小,在此进程中,以下说法中正确的是( )
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,有
F==m
r═m
=ma
T=2π,a=
,v=
,
飞船的轨道半径会越来越小,在此进程中,飞船绕地球运行的周期将减小,飞船所受到的向心力将增大,飞船的向心加速度将增大,飞船绕地球运行的速率将增大,故AB错误,CD正确;
故选:CD.
如图所示,两颗靠得很近的天体组合为双星(忽略其它天体对它们的作用),它们以两者连线上的某点为圆心做匀速圆周运动(R<r),以下说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在双星系统中,双星之间的万有引力提供各自做圆周运动的向心力,即向心力大小相等,故A正确;
B、在双星问题中它们的角速度相等,根据v=ωr得它们做圆周运动的线速度与轨道半径成正比,故B错误;
CD、双星做匀速圆周运动具有相同的角速度,靠相互间的万有引力提供向心力,即G═m1r1ω2=m2r2ω2,所以它们的轨道半径与它们的质量成反比,故C正确,D错误.
故选:AC.
已知神舟八号飞船在离地球表面h高处的轨道上做周期为T的匀速圆周运动,地球的半径R,万有引力常量为G.在该轨道上,神舟八号航天飞船( )
正确答案
解析
解:
A、神舟七号飞船在离地球表面h高处的轨道上做周期为T的匀速圆周运动,飞船的轨道半径为r=R+h,则线速度大小为 v==
,故A错误.
B、研究飞船绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,得:
G=m
解得:v=.
当h=0时,v最大,即为第一宇宙速度,神舟八号的轨道高度h>0,故飞船的线速度小于第一宇宙速度,故B正确;
C、飞船的向心加速度大小 a==
,故C正确.
D、根据万有引力提供向心力,有:
G=m
,
在地球表面上,物体的重力近似等于万有引力,则有:
m′g=
联立两式解得,地球表面的重力加速度大小为g=.故D正确;
故选:BCD.
已知地球与月球质量之比为81:1,半径之比为3.8:1,在地球表面上发射卫星至少需要7.9km/s的速度,问:在月球上发射一颗环绕月球表面运行的卫星需要多大的发射速度?
正确答案
解:第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,也是最小的发射速度,
根据万有引力提供圆周运动向心力知
=m
v=,
已知地球与月球质量之比为81:1,半径之比为3.8:1,
地球的第一宇宙速度和月球的第一宇宙速度之比是=
在地球表面上发射卫星至少需要7.9km/s的速度,
所以v2=×7.9km/s≈1.7km/s
答:在月球上发射一颗环绕月球表面运行的卫星需要1.7km/s的发射速度.
解析
解:第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,也是最小的发射速度,
根据万有引力提供圆周运动向心力知
=m
v=,
已知地球与月球质量之比为81:1,半径之比为3.8:1,
地球的第一宇宙速度和月球的第一宇宙速度之比是=
在地球表面上发射卫星至少需要7.9km/s的速度,
所以v2=×7.9km/s≈1.7km/s
答:在月球上发射一颗环绕月球表面运行的卫星需要1.7km/s的发射速度.
地球上空有人造地球同步通讯卫星,它们向地球发射微波.但无论同步卫星数目增到多少个,地球表面上总有一部分面积不能直接收到它们发射来的微波,请导出这个面积S与地球表面积S0之比的数学表达式;并根据提供的数据求出该比值至少为多大?
(结果要求保留两位有效数字.已知地球半径,地球表面的重力加速度g=10m/s2,半径为R高、为h的球缺的表面积为S1=2πRh,如图所示,球的表面积为S=4πR2)
正确答案
解:(1)如图所示,因为同步卫星总是在赤道上空,其高度也是一定的.由它画一条到地球表面的切线,可见两极周围的区域内就收不到微波通讯.以m、M分别表示卫星和地球的质量,r表示卫星到地心的距离,T表示地球的自转周期,则对地球上质量为m0的
物体有,
对地球同步卫星有
又根据几何关系有rsinθ=R0
以S‘表示某个极周围收不到微波区域的面积,则
地球有两个极,因而接收不到微波区域的面积与地球表面积S0之比为:
(2)代入数据解得
答:不能直接收到它们发射来的微波面积S与地球表面积S0之比的数学表达式是,大小是0.011.
解析
解:(1)如图所示,因为同步卫星总是在赤道上空,其高度也是一定的.由它画一条到地球表面的切线,可见两极周围的区域内就收不到微波通讯.以m、M分别表示卫星和地球的质量,r表示卫星到地心的距离,T表示地球的自转周期,则对地球上质量为m0的
物体有,
对地球同步卫星有
又根据几何关系有rsinθ=R0
以S‘表示某个极周围收不到微波区域的面积,则
地球有两个极,因而接收不到微波区域的面积与地球表面积S0之比为:
(2)代入数据解得
答:不能直接收到它们发射来的微波面积S与地球表面积S0之比的数学表达式是,大小是0.011.
如图所示是“嫦娥三号”环月变轨的示意图.在Ⅰ圆轨道运行的“嫦娥三号”通过变轨后绕Ⅱ圆轨道运行,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:航天器绕星球做匀速圆周运动万有引力提供圆周运动向心力,由此可知:=
A、线速度知,I轨道上半径大,线速度小,故A错误;
B、角速度ω=知,I轨道上半径大,角速度小,故B错误;
C、周期T=知,I轨道上半径大,周期大,故C正确;
D、卫星在较高轨道上到较低轨道上运动时,变轨时是在较高轨道上减速,使得万有引力大于在该轨道上做匀速圆周运动的向心力,从而做近心运动而减小轨道半径,故D错误.
故选:C
我国成功的发射了“一箭双星”,将“风云一号”气象卫星及“实验 5号”科学实验卫星送入离地面870Km的轨道.这两颗卫星的运行速度为( )
正确答案
解析
解:设地球的质量为M,半径为R,卫星的质量为m,离地面的高度为h.
根据万有引力提供向心力,由牛顿第二定律,有:G=m
①
在地球表面,重力等于万有引力,有:m′g= ②
联立①②解得:v==
=
m/s≈7.4×103m/s=7.4km/s;
故选:C.
关于人造卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由v=,可知运行半径相同的卫星运行速率一定相同,质量可以不同,故A正确;
B、由v=得,第一宇宙速度7.9km/s对应的轨道半径最小,第一宇宙速度是卫星在圆轨道上运行的最大速度,则在圆轨道上运行的卫星线速度一定小于第一宇宙速度,故B错误;
C、同步卫星运行轨道为位于地球赤道平面上圆形轨道,故C错误;
D、当物体的速度大于等于第三宇宙速度速度16.7km/s时物体将脱离太阳的束缚成为一颗人造地球恒星,故D错误;
故选:A.
有两颗人造地球卫星,都绕地球作匀速圆周运动,已知它们的轨道半径之比为r1:r2=4:1,求这两颗卫星的:(1)线速度之比
(2)角速度之比
(3)向心加速度之比
(4)运动周期之比.
正确答案
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,有F=F向,
=m
=ma=mω2r=m
r
(1)v=,已知它们的轨道半径之比为r1:r2=4:1,所以它们的线速度之比v1:v2=1:2.
(2)ω=,已知它们的轨道半径之比为r1:r2=4:1,所以角速度之比ω1:ω2=1:8,
(3)a=,已知它们的轨道半径之比为r1:r2=4:1,所以向心加速度之比a1:a2=1:16,
(4)T=2π,已知它们的轨道半径之比为r1:r2=4:1,所以T1:T2=8:1,
答:(1)线速度之比v1:v2=1:2.
(2)角速度之比ω1:ω2=1:8,
(3)向心加速度之比a1:a2=1:16,
(4)运动周期之比T1:T2=8:1.
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,有F=F向,
=m
=ma=mω2r=m
r
(1)v=,已知它们的轨道半径之比为r1:r2=4:1,所以它们的线速度之比v1:v2=1:2.
(2)ω=,已知它们的轨道半径之比为r1:r2=4:1,所以角速度之比ω1:ω2=1:8,
(3)a=,已知它们的轨道半径之比为r1:r2=4:1,所以向心加速度之比a1:a2=1:16,
(4)T=2π,已知它们的轨道半径之比为r1:r2=4:1,所以T1:T2=8:1,
答:(1)线速度之比v1:v2=1:2.
(2)角速度之比ω1:ω2=1:8,
(3)向心加速度之比a1:a2=1:16,
(4)运动周期之比T1:T2=8:1.
下列关于人造卫星与宇宙飞船的说法,正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供环绕天体向心力有:得中心天体质量
,故知引力常量、轨道半径和周期可以计算出月球的质量,故A正确;
B、第二宇宙速度是脱离地球束缚的卫星的发射速度,而嫦娥一号月球卫星仍在围绕月球运动,故其发射速度小于第二宇宙速度即11.2km/h,故B错误;
C、宇航员处于失重状态,说明其对水平支持物体的压力和竖直悬绳的拉力小于其所受地球引力,失重状态下物体所受引力没有发生变化,故C错误;
D、神舟八号在天宫一号轨道上做圆周运动万有引力等于其向心力,当神舟八号飞船加速后其所需向心力增加,而提供向心力的引力没有增加,所以飞船要做离心运动,轨道半径将要变大,故不能追上天宫一号并与之对接,所以D错误.
故选:A.
如图所示,发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火将卫星送入椭圆轨道2,然后再次点火,将卫星送入同步轨道3,轨道1、2相切于Q点,2、3相切于P点,则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在圆轨道上圆周运动时万有引力提供圆周运动向心力,据可得速度
,可知半径大的速度小,故A正确;
B、据万有引力提供圆周运动向心力有可得角速度
,可知半径大的角速度小,故B错误;
C、卫星在Q点产生的加速度由万有引力产生的加速度,在同一点同一卫星万有引力大小相等,故产生加速度相同,与卫星所在轨道无关,故C正确;
D、在圆轨道上经过P点时,卫星做近心运动,故在椭圆轨道上经过P点时的速度小于在轨道3上圆轨道上运动的速度,故卫星在圆轨道3上的机械能大于在椭圆轨道上经过P点时的机械能,故D错误.
故选:AC.
有一质量为100kg的人造卫星,在离地1000km的高空做匀速圆周运动.已知地球半径为6400km.求:
(1)卫星所受的向心力;
(2)卫星运行的速率;
(3)卫星运行的周期.(引力恒量G=6.67×10-11N•m2/kg2;地球质量为6.0×1024kg)(结果用科学计数法表示,仅保留一位有效数字)
正确答案
解:(1)根据万有引力定律知,卫星受到地球的万有引力为:
=
≈900N;
(2)根据万有引力定律提供圆周运动向心力有:
得卫星运行的速率≈7000m/s;
(3)根据万有引力提供圆周运动向心力有:
得卫星运行的周期T==
≈5000s;
答:(1)卫星所受的向心力约为900N;
(2)卫星运行的速率7000m/s;
(3)卫星运行的周期为5000s.
解析
解:(1)根据万有引力定律知,卫星受到地球的万有引力为:
=
≈900N;
(2)根据万有引力定律提供圆周运动向心力有:
得卫星运行的速率≈7000m/s;
(3)根据万有引力提供圆周运动向心力有:
得卫星运行的周期T==
≈5000s;
答:(1)卫星所受的向心力约为900N;
(2)卫星运行的速率7000m/s;
(3)卫星运行的周期为5000s.
关于不同国家发射的地球同步轨道卫星,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、许多国家发射了地球同步轨道卫星,这些卫星的质量可以不同,故A正确.
B、同步卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,
=m
r
r=,同步卫星的周期与地球自转周期相同,所以同步卫星离地面的高度一定,故B错误;
C、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.所以所有的同步卫星都在赤道上方同一轨道上.故C错误.
D、根据万有引力提供向心力得:
=m
,因为r一定,所以这些卫星速率相等.故D错误.
故选:A.
扫码查看完整答案与解析