- 万有引力与航天
- 共16469题
“嫦娥一号”探月卫星在空中运动的简化示意图如图所示.卫星由地面发射后,经过发射轨道进入停泊轨道,在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道,再次调速后进入工作轨道.已知卫星在工作轨道上运行的半径为R,月球半径为r,地球表面重力加速度为g,月球表面重力加速度是地球表面重力加速度的
,求卫星在工作轨道上运行的周期.
正确答案
解:卫星在工作轨道上运行,根据万有引力提供向心力:
G=m
在月球表面上,m=G
联立解得,T=
答:卫星在工作轨道上运行的周期为.
解析
解:卫星在工作轨道上运行,根据万有引力提供向心力:
G=m
在月球表面上,m=G
联立解得,T=
答:卫星在工作轨道上运行的周期为.
质量为m的人造地球卫星在地面上的重力为F,它在距地面为R(R为地球的半径)的圆形轨道上运行时的周期为______,动能为______.
正确答案
解析
解:设地球质量为M.
在地面上:F=得:GM=
①
在轨道上:②
由①②联立得:T=
又:得:mv2=
③
联立①③得:mv2=,所以动能为:
故答案为:,
2011年11月1日5时58分,“神舟八号”宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射,后又与我国首个目标飞行器“天宫一号”进行了二次完美对接.为了确保安全,此飞船没有载人而是载了假人.假设“神舟八号”飞船在离地面高度为h的圆形轨道上稳定运行,己知飞船的质量为m,地球半径为R,地面处的重力加速度为g,引力常量为G,由以上数据可推知( )
正确答案
解析
解:A、在地球表面物体,重力等于万有引力,故:
mg=…①
其中:M=…②
解得:ρ=
故A正确;
B、飞船做匀速圆周运动,万有引力等于向心力,故:
…③
联立①③解得:
T=
故B正确;
C、飞船做匀速圆周运动,万有引力等于向心力,故:
…④
动能:
Ek=…⑤
联立①④⑤,有:
Ek=
故C正确;
D、失重不是物体失去地球的引力,故D错误;
故选:ABC.
“轨道康复者”是“垃圾”卫星的救星,被称为“太空110”,它可在太空中给“垃圾”卫星补充能源,延长卫星的使用寿命,假设“轨道康复者”的轨道半经为地球同步卫星轨道半径的五分之一,其运动方向与地球自转方向一致,轨道平面与地球赤道平面重合,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、因为“轨道康复者”绕地球做匀速圆周运动的周期小于同步卫星的周期,则小于地球自转的周期,所以“轨道康复者”的角速度大于地球自转的角速度,站在赤道上的人用仪器观察到“轨道康复者”向东运动.故A错误.
B、根据=ma
a=,因为“轨道康复者”绕地球做匀速圆周运动时的轨道半径为地球同步卫星轨道半径的五分之一,则“轨道康复者”的加速度是地球同步卫星加速度的25倍.故B正确.
C、根据=m
得:v=,因为“轨道康复者”绕地球做匀速圆周运动时的轨道半径为地球同步卫星轨道半径的五分之一,
则“轨道康复者”的速度是地球同步卫星速度的倍.故C正确;
D、“轨道康复者”要在原轨道上减速,做近心运动,才能“拯救”更低轨道上的卫星.故D错误.
故选:BC.
某一行星有一质量为m的卫星,已知卫星的轨道半径为R,周期为T,万有引力常量为G.求:
(1)行星的质量;
(2)卫星的加速度.
正确答案
解:(1)研究卫星绕行星做匀速圆周运动,设行星的质量是M,
根据万有引力提供向心力,列出等式:
G=
解得:M=
(2)研究卫星绕行星做匀速圆周运动,
根据圆周运动中向心加速度公式,得:
a=,v=
解得:a=
答:(1)行星的质量是;
(2)卫星的加速度是.
解析
解:(1)研究卫星绕行星做匀速圆周运动,设行星的质量是M,
根据万有引力提供向心力,列出等式:
G=
解得:M=
(2)研究卫星绕行星做匀速圆周运动,
根据圆周运动中向心加速度公式,得:
a=,v=
解得:a=
答:(1)行星的质量是;
(2)卫星的加速度是.
2007年10月24日18时我国在四川省西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭将“嫦娥一号”探月卫星成功送入太空,经过长途飞行后,“嫦娥一号”最终准确进入月球圆轨道,“嫦娥工程”是我国航天深空探测零的突破.
已知“嫦娥一号”的质量为 m,在距月球表面高度为h的圆形轨道上绕月球做匀速圆周运动.月球的半径约为R,万有引力常量为G,月球的质量为M,忽略地球对“嫦娥一号”的引力作用.
求:(1)“嫦娥一号”绕月球做匀速圆周运动的向心加速度的大小;
(2)“嫦娥一号”绕月球做匀速圆周运动的线速度的大小.
(3)如果运行一段时间后,“嫦娥一号”的轨道高度有少量下降,那么它的向心加速度和线速度大小如何变化?
正确答案
解:(1)“嫦娥一号”绕月球做匀速圆周运动万有引力充当向心力
由G=ma,所以向心加速度的大小为 a=G
(2)设“嫦娥一号”绕月球做匀速圆周运动的线速度为v
由 G=m
得v=
(3)由上面求解可知,当“嫦娥一号”的轨道高度下降时,它的向心加速度大小将变大,线速度大小也将变大.
答:
(1)“嫦娥一号”绕月球做匀速圆周运动的向心加速度的大小为G;
(2)“嫦娥一号”绕月球做匀速圆周运动的线速度的大小是.
(3)“嫦娥一号”的轨道高度有少量下降时,它的向心加速度和线速度大小都将变大.
解析
解:(1)“嫦娥一号”绕月球做匀速圆周运动万有引力充当向心力
由G=ma,所以向心加速度的大小为 a=G
(2)设“嫦娥一号”绕月球做匀速圆周运动的线速度为v
由 G=m
得v=
(3)由上面求解可知,当“嫦娥一号”的轨道高度下降时,它的向心加速度大小将变大,线速度大小也将变大.
答:
(1)“嫦娥一号”绕月球做匀速圆周运动的向心加速度的大小为G;
(2)“嫦娥一号”绕月球做匀速圆周运动的线速度的大小是.
(3)“嫦娥一号”的轨道高度有少量下降时,它的向心加速度和线速度大小都将变大.
2014年3月8日凌晨马航客机失联后,西安卫星测控中心紧急调动海洋、风云、高分、遥感4个型号近10颗卫星,为地面搜救提供技术支持.特别是“高分一号”突破了空间分辨率、多光谱与大覆盖面积相结合的大量关键技术.如图为“高分一号”与北斗导航系统两颗卫星在空中某一面内运动的示意图.“北斗”系统中两颗卫星“G1”和“G3”以及“高分一号”均可认为绕地心O做匀速圆周运动.卫星“G1”和“G3”的轨道半径均为r,某时刻两颗工作卫星分别位于轨道上的A、B两位置,“高分一号”在C位置.若卫星均顺时针运行,地球表面处的重力加速度为g,地球半径为R,不计卫星间的相互作用力.则以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力G=ma,得a=
.而GM=gR2.所以卫星“G1”和“G3”的加速度大小为 a=
.故A错误.
B、根据万有引力提供向心力G=mω2r,得ω=
=
.所以卫星1由位置A运动到位置B所需的时间t=
=
.故B错误.
C、如果调动“高分一号”卫星到达卫星“G3”所在的轨道,“高分一号”卫星必须加速,使其做离心运动.故C错误.
D、“高分一号”是低轨道卫星,其所在高度有稀薄气体,克服阻力做功,速度减小,所需要的向心力,将做近心运动,高度降低,机械能减小.故D正确.
故选:D
据新华网快讯:美国东部时间2010年3月10日零时06分(北京时间13时06分),“奋进”号航天飞机与国际空间站顺利对接.下列关于人造天体做圆周运动的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、万有引力提供向心力,,
,
,知轨道半径越大,线速度越小,周期越大.故A错误.
B、做匀速圆周运动的载人空间站中,宇航员处于完全失重状态,宇航员仅受重力,合力不为0.故B错误.
C、空间站中处于完全失重状态,单摆的实验跟重力有关,所以无法进行.故C正确.
D、空间站以地球为中心天体,绕地球做匀速圆周运动,与地球的自转无关.故D错误.
故选C.
2013年12月2日1时30分,西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭成功将“嫦娥三号”探测器发射升空.卫星由地面发射后,进入地月转移轨道,经过P点时变轨进入距离月球表面100公里圆形轨道I,在轨道I上经过Q点时变轨进入椭圆轨道Ⅱ,轨道II与月球相切于M点,“玉兔号”月球车将在M点着陆月球表面.( )
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,“嫦娥三号”在轨道I上的半径大于月球半径,根据,得线速度v=
,可知“嫦娥三号”在轨道I上的运动速度比月球的第一宇宙速度小.故A正确.
B、“嫦娥三号”在轨道Ⅰ上经过P点若要进入轨道I,需减速.故B正确;
C、根据开普勒第三定律得卫星在轨道Ⅱ上运动轨道的半长轴比在轨道Ⅰ上轨道半径小,所以卫星在轨道Ⅱ上运动周期比在轨道Ⅰ上短,故C正确;
D、“嫦娥三号”无论在哪个轨道上经过Q点时的加速度都为该点的万有引力加速度,因为都是Q点可知,万有引力在此产生的加速度相等,故D错误.
故选:ABC.
由于地球在自转,因而在发射卫星时,利用地球的自转,可以尽量减少发射人造卫星时火箭所提供的能量,而且最理想的发射场地应该是地球的赤道附近.现假设某火箭的发射场地就在赤道上,为了尽量节省发射卫星时需的能量,那么:
(1)发射运行在赤道面上的卫星应该是由______向______转(横线上分别填东、西、南、北四个方向中的一个).如果某卫星的质量是2×103kg,由于地球的自转使卫星具有了一定的初动能,求与地球没有自传相比较,火箭发射卫星时可节省的能量地大小.
(2)如果使卫星在地球赤道面的附近作匀速圆周运动,则火箭使卫星运行的速度相对于地面应达到多少?
(已知万有引力常量G=6.67×10-11N•m2/kg2,地球的半径为R=6.4×103km,要求答案保留两位有效数字.)
正确答案
解:
(1)为了尽量节省发射卫星时需的能量,可以借助地球的自转,故发射运行在赤道面上的卫星应该是由西向东转.
发射之处,由于地球的自转,使得卫星具有一初速度,其大小为:
=
故节约的能量为由于地球自转而获得的动能:
(2)卫星在地球附近绕地球做圆周运动时重力提供向心力,设卫星做圆周运动的速度为v(即卫星对地心的速度),则有:
解得:
=
=7900m/s=7.9km/s
故卫星相对地面的速度应为:
v0=v-v′=7.9km/s-0.47km/s=7.43km/s,保留两位有效数字,四舍五入得:v0=7.4km/s
答:
(1)发射运行在赤道面上的卫星应该是由西向东转.
与地球没有自转相比较,火箭发射卫星时可节省2.2×108J的能量.
(2)火箭使卫星运行的速度相对于地面应达到7.4km/s.
解析
解:
(1)为了尽量节省发射卫星时需的能量,可以借助地球的自转,故发射运行在赤道面上的卫星应该是由西向东转.
发射之处,由于地球的自转,使得卫星具有一初速度,其大小为:
=
故节约的能量为由于地球自转而获得的动能:
(2)卫星在地球附近绕地球做圆周运动时重力提供向心力,设卫星做圆周运动的速度为v(即卫星对地心的速度),则有:
解得:
=
=7900m/s=7.9km/s
故卫星相对地面的速度应为:
v0=v-v′=7.9km/s-0.47km/s=7.43km/s,保留两位有效数字,四舍五入得:v0=7.4km/s
答:
(1)发射运行在赤道面上的卫星应该是由西向东转.
与地球没有自转相比较,火箭发射卫星时可节省2.2×108J的能量.
(2)火箭使卫星运行的速度相对于地面应达到7.4km/s.
某人造地球卫星质量为m,其绕地球运动的轨迹为椭圆,它在近地点时距地面高度为h1,速度为V1,加速度为
a1;在远地点时,距地面的高度为h2,速度为V2,加速度为a2.求:
(1)该卫星由远地点到近地点的过程中地球对它万有引力所做的功是多小?
(2)地球的半径是多少?
正确答案
解:(1)由动能定理得万有引力所做功
(2)由万有引力定律等于向心力得
联立解得
解:(1)该卫星由远地点到近地点的过程中地球对它万有引力所做的功是.
(2)地球的半径是.
解析
解:(1)由动能定理得万有引力所做功
(2)由万有引力定律等于向心力得
联立解得
解:(1)该卫星由远地点到近地点的过程中地球对它万有引力所做的功是.
(2)地球的半径是.
如图所示,A、B、C三颗人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,已知mA=mB<mC,则三颗卫星( )
正确答案
解析
解:人造卫星绕地球做匀速圆周运动,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,由图示可知:
rA<rB=rC,由题意知:MA=MB<MC;
由牛顿第二定律得: ①,
A、由①得,所以vA>vB=vC,故A错误;
B、由①得,所以aA>aB=aC,故B正确;
C、F=G,已知rA<rB=rC,MA=MB<MC ,可知FA>FB,FB<FC,故C错误;
D、由①得,所以TA<TB=TC,故D错误.
故选:B.
2005年10月12日,在酒泉卫星发射场,我国科技人员成功地将“神州六号”宇宙飞船送上了太空.“神州六号”宇宙飞船离地高度343Km.设地球半径为6400Km,飞船绕地球一周的时间为______,飞船的环绕速度为______.
正确答案
90min
7.79km/s
解析
解:研究“神舟”六号载人飞船在圆轨道上绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力等于向心力和万有引力等于重力列出方程
解得:
故答案为:90min,7.79km/s
寻找地外生命一直是各国科学家不断努力的目标.为了探测某行星上是否存在生命,可以向该行星发射一颗探测卫星,卫星绕行星做匀速圆周运动的半径为R,卫星的质量为m,该行星质量为M,引力常量为G.
(1)该卫星受到行星的引力为多少?
(2)卫星绕行星运动的线速度大小为多少?
正确答案
解:(1)由万有引力定律知,卫星受到的引力为
(2)卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供,即有
解得
答:(1)该卫星受到行星的引力为.
(2)卫星绕行星运动的线速度大小为.
解析
解:(1)由万有引力定律知,卫星受到的引力为
(2)卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供,即有
解得
答:(1)该卫星受到行星的引力为.
(2)卫星绕行星运动的线速度大小为.
2009年5月,航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后,在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,B为轨道Ⅱ上的一点,如图所示,关于航天飞机的运动,下列说法中正确的有( )
正确答案
解析
解:A、在轨道Ⅱ上由A点到B点,万有引力做正功,动能增加,则A点的速度小于B点的速度.故A错误;
B、从轨道Ⅱ上B点进入圆轨道要减速;卫星在圆轨道运动时是越高越慢,故经过B点的圆轨道上速度大于经过A点的圆轨道上速度,速度越大动能越大,故在轨道Ⅱ上经过B的动能大于在轨道Ⅰ上经过A的动能,故B正确;
C、根据知,由于轨道Ⅱ的半长轴小于轨道Ⅰ的半径,则飞船在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期.故C正确;
D、航天飞机在轨道Ⅱ上经过A点和轨道Ⅰ上经过A的万有引力相等,根据牛顿第二定律知,加速度相等,故D错误;
故选:BC.
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