- 万有引力与航天
- 共16469题
如图,在赤道平面内,绕地球做圆周运动的人造卫星a、b质量相同,某时刻两卫星与地心恰好在同一直线上,则( )
正确答案
解析
解:AB、卫星运动由万有引力提供圆周运动向心力,由于两卫星质量相同,根据可知,轨道半径大的b卫星所需向心力较小,故AB均错误;
CD、根据=mrω2可知,轨道半径大的角速度小,故C正确,D错误;
故选:C.
2007年10月24日18时05分,我国成功发射了“嫦娥一号”探月卫星,11月5日进入月球轨道后,经历3次轨道调整,进入工作轨道.若该卫星在地球表面的重力为G1,在月球表面的重力为G2,已知地球半径为R1,月球半径为R2,地球表面处的重力加速度为g,则( )
正确答案
解析
解:A、卫星在地球表面的重力为G1,在月球表面的重力为G2,则=
,
所以g月=g.故A正确.
B、根据万有引力等于重力=mg,知M=
.中心天体的质量与半径和表面的重力加速度有关.
所以月球的质量和地球的质量之比=
.故B正确.
C、根据mg=mR,得T=2π
,所以T月=2π
.故C正确.
D、根据mg=m,知第一宇宙速度v=
,而
=
,
所以第一宇宙速度之比为.故D错误.
故选:BC.
我国发射的地球同步卫星的质量为m,如果地球半径为R,自转角速度为ω,表面重力加速度为g,关于同步卫星以下说法错误的是( )
正确答案
解析
解:A、在地球表面的物体受到地球的引力约为mg,地球同步卫星离地高度约为3.6×104km,故引力要小于mg,故A错误;
B、同步卫星的周期与地球自转周期相同,故T=24h,故B正确;
C、在地球表面有:mg=,对于同步卫星根据万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:
,整理得:h=
,故C正确;
D、要想保持与地球同步,其轨道平面必定与赤道共面,故不能定点于北京上空,故D错误.
本题选择错误的是,故选:AD
1990年4月25日,科学家将哈勃天文望远镜送上距地球表面约600km的高空,使得人类对宇宙中星体的观测与研究有了极大的进展.假设哈勃望远镜沿圆轨道绕地球运行.已知地球半径为6.4×106m,利用地球同步卫星与地球表面的距离为3.6×107m这一事实可得到哈勃望远镜绕地球运行的周期.以下数据中最接近其运行周期的是( )
正确答案
解析
解:哈勃天文望远镜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
因而
G=m(
)2r
解得
T=2π
故
T哈:T同=2π:2π
T哈=T同≈1.6h
故选B.
如所示,a是地球赤道上的一点,某时刻在a的正上方有三颗轨道位于赤道平面的卫星b、c、d,各卫星的运行方向均与地球自转方向相同,图中已标出,其中d是地球同步卫星.从该时刻起,经过一段时间t(已知在t时间内三颗卫星都还没有运行一周),各卫星相对a的位置最接近实际的是图中的( )
正确答案
解析
解:根据知,轨道半径越大,周期越大,则角速度越小,所以经过相同的时间,三个卫星中,b转过的角度最大,c次之,d最小,d为同步卫星,与赤道上的a保持相对静止.故A、B、C错误,D正确.
故选:D.
如图所示,甲、乙两颗人造地球卫星在不同轨道上绕地球做匀速圆周运动,甲卫星离地球较近.甲卫星的线速度大小为v甲,运动周期为T甲;乙卫星的线速度大小为v乙,运动周期为T乙;则v甲______(填“大于”或“小于”) v甲,T甲______(填“大于”或“小于”) T乙.
正确答案
大于
小于
解析
解:卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力,
由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,由于:r甲<r乙,则v甲>v乙,
由牛顿第二定律得:G=m
r,解得:T=2π
,由于:r甲<r乙,则T甲<T乙;
故答案为:大于;小于.
2010年10月1日,我国成功发射了“嫦娥二号”探月卫星,在卫星飞赴月球的过程中,随着它与月球间距离的减小,月球对它的万有引力将( )
正确答案
解析
解:根据万有引力定律F=,万有引力与物体之间的距离的二次方成反比,故在卫星飞赴月球的过程中,随着它与月球间距离r的减小,月球对它的万有引力F将变大.
故B正确,ACD错误.
故选:B.
2010年1月17日00时12分,我国成功发射北斗二号卫星并定点于地球同步卫星轨道.北斗二号卫星与近地表面做匀速圆周运动的卫星对比( )
正确答案
解析
解:同向心力=万有引力得:G=m
=mω2r=m(
)2r=ma
解得v= ①T=
=2π
②ω=
③a=
④
则可知半径大的线速度,角速度,加速度小,周期大.
A 北斗二号卫星的半径大,则其线速度小.故A错误
B 北斗二号卫星的半径大,则其周期大.故B正确
C 北斗二号卫星的半径大,则其角速度小.故C错误
D 北斗二号卫星的半径大,则其向心加速度小.故D错误
故选:B
若地球自转在逐渐变快,地球的质量与半径不变,则未来发射的地球同步卫星与现在的相比( )
正确答案
解析
解:地球自转在逐渐变快,地球的自转周期在减小,所以未来人类发射的卫星周期也将减小,根据万有引力充当向心力可知:
=m
=m
=mω2r=ma
A、T=2π,卫星周期减小,所以离地面高度变小,故A正确;
B、ω=,离地面高度变小,角速度增大,故B错误;
C、v=,离地面高度变小,线速度增大,故C错误;
D、a=,离地面高度变小,向心加速度变大,故D正确;
故选:AD.
“嫦娥一号”的成功发射,为实现中华民族几千年的奔月梦想迈出了重要的一步.已知“嫦娥一号”绕月飞行轨道近似圆周,距月球表面高度为H,飞行周期为T,月球的半径为R,引力常数为G.试求:
(1)月球的质量M.
(2)如果在月球表面做平抛运动实验,物体抛出时离地面高度为h(h远小于R),水平位移为L,则物体抛出时的初速度是多少?
正确答案
解:(1)设“嫦娥一号”质量为m1,圆周运动时,万有引力提供向心力,则有:
…①
所以:…②
(2)设月球表面的重力加速度为g0,质量为m的物体在月球表面的重力等于万有引力有:
…③
设平抛物体的初速度为υ0,飞行时间为t,则有:…④
L=υ0t…⑤
由②③④⑤解得:…⑥
答:(1)月球的质量是.
(2)如果在月球表面做平抛运动实验,物体抛出时离地面高度为h(h远小于R),水平位移为L,则物体抛出时的初速度是.
解析
解:(1)设“嫦娥一号”质量为m1,圆周运动时,万有引力提供向心力,则有:
…①
所以:…②
(2)设月球表面的重力加速度为g0,质量为m的物体在月球表面的重力等于万有引力有:
…③
设平抛物体的初速度为υ0,飞行时间为t,则有:…④
L=υ0t…⑤
由②③④⑤解得:…⑥
答:(1)月球的质量是.
(2)如果在月球表面做平抛运动实验,物体抛出时离地面高度为h(h远小于R),水平位移为L,则物体抛出时的初速度是.
若两颗人造地球卫星的周期之比T1:T2=2:1,则它们的轨道半径之比R1:R2=______;向心加速度之比a1:a2=______.
正确答案
:1
1:
解析
解:根据万有引力提供向心力,得
所以两个地球人造卫星的轨道半径之比为
根据万有引力提供向心力,得
所以向心加速度之比
故答案为::1; 1:
.
由于某种原因,人造地球卫星的轨道半径减小了,那么卫星的( )
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,则有
G=m
=m
r
得:v=,T=2π
所以当轨道半径减小时,其速率变大,周期变小,故C正确,ABD错误.
故选:C.
地球的两颗人造卫星A和B,它们的轨道近似为圆.已知A的周期约为12小时,B的周期约为16小时,则两颗卫星相比( )
正确答案
解析
解: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、地球的质量为M,有:
=mω2r=ma
则得:T=,ω=
,v=
,a=
A、A卫星的周期小于B卫星的周期,根据上式可知,A卫星的轨道半径较小,距地面较近.故A错误.
B、由上式知,A卫星的轨道半径较小,角速度较大,故B错误.
C、由上式知,A卫星的轨道半径较小,线速度较大,故C正确.
D、由上式知,A卫星的轨道半径较小,向心加速度较大,故D正确.
故选:CD
两质量之比为m1:m2=2:1的卫星绕地球做匀速圆周运动,运动的轨道半径之比R1:R2=1:2,则下列关于两颗卫星的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、根据月球对嫦娥卫星的万有引力提供向心力得:,解得:
,故两颗卫星线速度之比为:
.故A错误.
B、根据月球对嫦娥卫星的万有引力提供向心力得:,解得:
,故两颗卫星的向心加速度之比为:
,故B错误.
C、根据月球对嫦娥卫星的万有引力提供向心力得:,解得:
,故两颗卫星周期之比为:
,故C错误.
D、根据月球对嫦娥卫星的万有引力提供向心力得:,变化得到:
,故两颗卫星动能之比为:EK1:EK2=m1R2:m2R1=4:1,故D正确.
故选:D
有一颗人造地球卫星,绕地球做匀速圆周运动.卫星与地心的距离为地球半径R0的2倍,卫星圆形轨道平面与地球赤道平面重合.卫星上的太阳能收集板可以把光能转化为电能,已知地球表面重力加速度为g,近似认为太阳光是平行光,试估算:卫星绕地球一周,太阳能收集板工作的时间.
正确答案
解:(1)地球卫星做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律:G=m
(2R0)
在地球表面有:G=m′g
解得:T=4π
如图,当卫星在阴影区时不能接受阳光,据几何关系:
∠AOB=∠COD=
卫星绕地球一周,太阳能收集板工作时间为:
t=T=
.
答:卫星绕地球一周,太阳能收集板工作时间为.
解析
解:(1)地球卫星做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律:G=m
(2R0)
在地球表面有:G=m′g
解得:T=4π
如图,当卫星在阴影区时不能接受阳光,据几何关系:
∠AOB=∠COD=
卫星绕地球一周,太阳能收集板工作时间为:
t=T=
.
答:卫星绕地球一周,太阳能收集板工作时间为.
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