- 万有引力与航天
- 共16469题
2007年l0月24日,“嫦娥一号”探测器从西昌卫星发射中心由长征三号甲运载火箭发射成功,进入地球轨道运行,经多次变轨,脱离地球轨道,进入月球轨道绕月运行.已知地球表面的重力加速度为g,地球半径为R,月球的质量约为地球质量的,月球的半径约为地球半径的
,则
(1)若“嫦娥一号”在地球表面附近的圆形轨道上运行,求“嫦娥一号”此时的运行速率;
(2)若“嫦娥一号”在月球表面附近的圆形轨道上运行,求“嫦娥一号”此时的运行速率.
正确答案
解:(1)在地球表面万有引力等于重力,所以GM=R2g
“嫦娥一号”在地球表面附近的圆形轨道上运行,万有引力提供向心力,得
,所以
.
(2)若“嫦娥一号”在月球表面附近的圆形轨道上运行,万有引力提供向心力,得
,所以
=
.
答:(1)若“嫦娥一号”在地球表面附近的圆形轨道上运行,“嫦娥一号”此时的运行速率为;
(2)若“嫦娥一号”在月球表面附近的圆形轨道上运行,“嫦娥一号”此时的运行速率.
解析
解:(1)在地球表面万有引力等于重力,所以GM=R2g
“嫦娥一号”在地球表面附近的圆形轨道上运行,万有引力提供向心力,得
,所以
.
(2)若“嫦娥一号”在月球表面附近的圆形轨道上运行,万有引力提供向心力,得
,所以
=
.
答:(1)若“嫦娥一号”在地球表面附近的圆形轨道上运行,“嫦娥一号”此时的运行速率为;
(2)若“嫦娥一号”在月球表面附近的圆形轨道上运行,“嫦娥一号”此时的运行速率.
如图所示,在同一轨道平面上的几个人造地球卫星A、B、C,在某一时刻恰好在同一直线上,下列正确说法有( )
正确答案
解析
解:A、设地球的质量为M,卫星的轨道半径为r,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
,解得,卫星的速度:v=
,可见,r越大,v越小,则有vA>vB>vC.故A错误.
B、万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
r,解得:T=2π
,r越大,T越大,所以:TA<TB<TC,所以运动一周后,A先回到原地点,故B正确;
C、万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=ma,解得:a=
,r越小,a越大,则有aA>aB>aC,故C正确;
D、由于不知道卫星间的质量关系,无法判断卫星所受万有引力大小关系,故D错误;
故选:BC.
如图所示.a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运动的三颗卫星,a和b质量相等且小于c的质量,则( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
=m
r=ma,
A、因为a、b质量相同,且小于c的质量,可知b所需向心力最小.故A正确;
B、周期T=2π,所以b、c的周期相同,大于a的周期.故B正确;
C、向心加速度a=,b、c的向心加速度相等,小于a的向心加速度,故C错误;
D、c加速后速度变大,所需要的向心力变大,c做离心运动,c的轨道半径变大,c不可能追上b;b减速后速度变小,所需要的向心力变小,b做向心运动,轨道半径变小,b不可能可等候同一轨道上的c,故D错误;
故选:AB.
2008年9月25日,我国成功发射“神州7号”载人飞船.假设“神州7号”载人飞船的舱中有一体重计,体重计上放一物体,火箭点火前,宇航员翟志刚观察到体重计指示对物体的弹力为F0.在“神州7号”载人飞船随火箭竖直向上匀加速度升空的过程中,当飞船离地面高为H时翟志刚观察到体重计指示对物体的弹力为F,设地球半径为R,第一宇宙速度为v,求:
(1)物体质量;
(2)火箭上升的加速度.
正确答案
解:(1)设地面附近重力加速度为0,由火箭点火前体重计示数为0可知物体质量为=
由第一宇宙速度公式可得:
地球表面附近的重力加速度0=,
联立解得该物体的质量为=.
(2)当卫星离地面高度为时,物体所受万有引力=
而0=
对物体由牛顿第二定律得
联立以上各式解得火箭上升的加速度=-
答:(1)物体质量是;
(2)火箭上升的加速度是-
.
解析
解:(1)设地面附近重力加速度为0,由火箭点火前体重计示数为0可知物体质量为=
由第一宇宙速度公式可得:
地球表面附近的重力加速度0=,
联立解得该物体的质量为=.
(2)当卫星离地面高度为时,物体所受万有引力=
而0=
对物体由牛顿第二定律得
联立以上各式解得火箭上升的加速度=-
答:(1)物体质量是;
(2)火箭上升的加速度是-
.
一颗人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,卫星距地球表面的高度是地球半径的15倍,已知地球半径R=6400km,地球表面的重力加速度g=10m/s2,试计算此卫星的线速度大小.
正确答案
解:设地球质量为M,人造卫星质量为m,地面处一个物体质量为m′
对卫星,万有引力提供向心力:=m
对地面物体,重力等于万有引力:G=m′g
联立二式解得:v==2×103m/s.
答:此卫星的线速度大小为2×103m/s.
解析
解:设地球质量为M,人造卫星质量为m,地面处一个物体质量为m′
对卫星,万有引力提供向心力:=m
对地面物体,重力等于万有引力:G=m′g
联立二式解得:v==2×103m/s.
答:此卫星的线速度大小为2×103m/s.
2015年9月18日消息,美国“天龙号”载人太空船2017年前往国际空间站.假设太空船与国际空间站都位于离地球表面为H的圆形轨道上,国际空间站在太空船前方,如图所示,已知地球半径为R0,地球表面重力加速度为g,第一宇宙速度为v,求:
(1)在圆形轨道上,太空船向心加速度的大小;
(2)在圆形轨道上,太空船速度的大小;
(3)对接时,太空船需先进入半径较小的轨道,才有较大的角速度追上空间站,试判断太空船要进入较低轨道时应增加还是减小其原有速率,并说明理由.
正确答案
解:(1)在地球表面处,由重力等于万有引力得:m0g=
太空船所在轨道上的向心加速度为:a=;
(2)太空船所在轨道上的向心加速度为:a==
可得:;
(3)由
知太空船要进入较低轨道,才有较大的角速度追上空间站,必须有万有引力大于太空船做圆周运动所需的向心力,
故当v减小时,减小,则G
>
答:(1)在圆形轨道上,太空船向心加速度的大小为;
(2)在圆形轨道上,太空船速度的大小为;
(3)对接时,太空船需先进入半径较小的轨道,才有较大的角速度追上空间站,太空船要进入较低轨道时应减小其原有速率,理由是必须有万有引力大于太空船做圆周运动所需的向心力,故应减小其原有速率.
解析
解:(1)在地球表面处,由重力等于万有引力得:m0g=
太空船所在轨道上的向心加速度为:a=;
(2)太空船所在轨道上的向心加速度为:a==
可得:;
(3)由
知太空船要进入较低轨道,才有较大的角速度追上空间站,必须有万有引力大于太空船做圆周运动所需的向心力,
故当v减小时,减小,则G
>
答:(1)在圆形轨道上,太空船向心加速度的大小为;
(2)在圆形轨道上,太空船速度的大小为;
(3)对接时,太空船需先进入半径较小的轨道,才有较大的角速度追上空间站,太空船要进入较低轨道时应减小其原有速率,理由是必须有万有引力大于太空船做圆周运动所需的向心力,故应减小其原有速率.
探测器探测到土星外层上有一个环.为了判断它是土星的一部分还是土星的卫星群,可以测量环中各层的线速度v与该层到土星中心的距离R之间的关系来确定( )
①若v∝R,则该环是土星的一部分
②若v2∝R,则该环是土星的卫星群
③若v∝,则该环是土星的一部分
④若v2∝,则该环是土星的卫星群.
正确答案
解析
解:①、若是土星的一部分 则各层转动的角速度相等,
根据v=ωR得:v∝R,故①正确,③错误;
②、若该层是土星的卫星群,则向心力等于万有引力,
根据=
得:v2=
,
即v2∝,故②错误,④正确.
故选:B.
要发射一颗人造地球卫星,先将它发射到半径为r1、周期为T1的近地暂行轨道上绕地球做匀速圆周运动,在A点变轨到一个椭圆的转移轨道上,在远地点B时,再次变轨,使它进入半径为r2的预定轨道运行.则下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在近地暂行轨道上经过A点时需要加速,使得万有引力小于向心力,做离心运动,进入椭圆轨道,故A正确.
B、椭圆轨道B点,由于万有引力大于向心力,将做近心运动,可在该点加速,使得万有引力等于向心力,进入圆轨道,故B错误.
C、由半径为r1的轨道进入椭圆轨道,需在A点加速,机械能增加,在椭圆轨道进入半径为r2的预定轨道也需要加速,机械能增加,在两个圆轨道和椭圆轨道上,机械能守恒,可知三个轨道中,半径为r2的预定轨道上机械能最大,故C错误.
D、根据开普勒第三定律,,可知能求出在椭圆轨道上的周期T.故D正确.
故选:AD.
举世瞩目的“神舟”六号航天飞船的成功发射和顺利返回,显示了我国航天事业取得的巨大成就.已知地球的质量为M,引力常量为G,设飞船绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为r,则飞船在圆轨道上运行的速率为( )
正确答案
解析
解: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,列出等式:
解得:v=
故选A
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,则向心加速度之比a1:a2=______.
正确答案
1:9
解析
解:对m1和m2由万有万有引力提供向心力可得:
得
.
故答案为:1:9
均匀分布在地球赤道平面上空的三颗同步通信卫星能够实现除地球南北极等少数地区外的“全球通信”.已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,地球自转周期为T,则这些同步卫星的线速度为______,三颗卫星中任意两颗卫星间的距离为______.
正确答案
解析
解:设同步卫星的轨道半经为r
根据:=mg
得:GM=gR2
根据 =m
由以上两式得:r=
根据题意画出俯视三颗同步通信卫星的几何位置图象:
根据几何关系得两颗卫星间的距离:S=2rsin60°
得S=r=
.
故答案为:;
卫星电话在抢险救灾中能发挥重要作用.第一代、第二代海事卫星只使用静止轨道卫星,不能覆盖地球上的高纬度地区.第三代海事卫星采用同步和中轨道卫星结合的方案,它由4颗同步卫星与12颗中轨道卫星构成.中轨道卫星高度为10354公里,分布在几个轨道平面上(与赤道平面有一定的夹角).在这个高度上,卫星沿轨道旋转一周的时间为四分之一天.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B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=m
,则得线速度v=
由题知中轨道卫星的轨道半径小于同步卫星.半径小的线速度大,所以中轨道卫星的线速度大于同步卫星的线速度.故A错误,B正确.
C、一天后地球完成1周,中轨道卫星完成4周.则卫星仍在地面该点的正上方.故C正确
D 经过6小时,中轨道卫星完成一周,而同步卫星与地球为周.故不可能在一直线上.故D错误
故选BC
如图所示,飞船从轨道1变轨至轨道2.若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动,不考虑质量变化,相对于在轨道1上,飞船在轨道2上的( )
正确答案
解析
解:根据解得:
v=,a=
,T=
,
由这些关系可以看出,r越大,a、v、ω越小,而T越大,速度大,则动能大,故ABC错误,D正确.
故选:D
人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,可由地面测控系统观察到,其运行周期为T,速度为v,引力常量为G,由以上条件,可求得的物理量( )
正确答案
解析
解:人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,故:
G ①
其中:
v= ②
联立①②可以解出地球质量M和轨道半径r,故AC正确,BD错误;
故选:AC.
中国志愿者王跃参与人类历史上第一次全过程模拟从地球往返火星的一次实验“火星-500”活动,王跃走出登陆舱,成功踏上模拟火星表面,在火星上首次留下中国人的足迹,目前正处于从“火星”返回地球途中.假设将来人类一艘飞船从火星返回地球时,经历了如图所示的变轨过程,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、飞船在轨道II上运动时,P为近火星点,从Q向P运动引力做正功,飞船的速度增大,故A正确;
B、飞船在更高轨道上运动需要克服引力做更多的功,飞船的机械能越大,故B错误;
C、在空间P点飞船的加速度都是由万有引力产生,故在同一点不管在哪个轨道飞船产生的加速度相同,故C正确;
D、根据万有引力提供圆周运动向心力可得周期T=
即飞船的周期除了与半径有关外还与中心天体的质量有关,故火星与地球质量不同,飞船以相同半径运动的周期也不同,故D错误.
故选:AC.
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