- 万有引力与航天
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关于绕地球做匀速圆周运动的卫星,下列说法正确的是( )
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
=m
r=m
=ma=mω2r
A、T=2π,轨道半径越大,周期越大,故A正确;
B、v=,轨道半径越大,线速度越小,故B错误;
C、ω=,轨道半径越大,角速度越小,故C错误;
D、a=,轨道半径越大,向心加速度越小,故D错误;
故选:A.
“北斗卫星导航系统”是由多颗卫星组成的,有5颗是地球同步卫星.在发射地球同步卫星的过程中,卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ,如图9所示,然后在Q点通过改变卫星速度,让卫星进入地球同步轨道Ⅱ,则( )
正确答案
解析
解:A、该卫星的发射速度必须小于第二宇宙速度,因为一旦达到第二宇宙速度,卫星会挣脱地球的引力,不绕地球运行.故A错误.
B、根据知,v=
,第一宇宙速度的轨道半径等于地球的半径,知7.9km/s是卫星绕地球做圆周运动的最大环绕速度,所以卫星在同步轨道Ⅱ上的运行速度小于7.9 km/s.故B正确.
C、由P点向Q点运动,万有引力做负功,则动能减小,P点的动能大于Q点的动能,则卫星在P点的速度大于在Q点的速度.故C正确.
D、根据开普勒第三定律知,轨道Ⅱ的半径大于椭圆的半长轴,则在轨道Ⅱ上的运行周期大于在轨道Ⅰ上的运行周期.故D错误.
故选:BC
(2015秋•新余校级月考)如图所示,A、B两颗质量相同的卫星绕地球M做匀速圆周运动,卫星A的轨道半径大于卫星B的轨道半径,则( )
正确答案
解析
解:A、根据得,a=
,
,
,因为卫星A的轨道半径大于卫星B的轨道半径,则卫星A的加速度小于卫星B的加速度,卫星A的线速度小于卫星B的线速度,卫星A的角速度小于卫星B的角速度,故A、B、C错误.
D、卫星A、B的质量相等,卫星B需经过加速变轨才能进入卫星A所在的轨道,根据功能关系知,卫星A的机械能大于卫星B的机械能,故D正确.
故选:D.
我国在2004年10月19日成功发射了第7颗气象卫星--“风云”二号C星,这颗卫星运行在赤道上方高度约为地球半径5.6倍的轨道上,且相对地球静止,该卫星的运动速度______7.9km/s(填“大于”、“等于”或“小于”),运行周期为______h.
正确答案
小于
24
解析
解:设卫星的质量为m,轨道半径为r,地球的质量为M.
则对于在轨卫星,有:=m
得:v=,
可知,卫星的轨道半径越大,运行速度越小,
由于“风云”二号气象卫星的轨道半径比近地卫星大,所以它的运行速度比近地卫星的速度小,
7.9km/s是近地卫星的速度大小,所以该卫星的运动速度小于7.9km/s.
这颗卫星运行在赤道上方高度约为地球半径5.6倍的轨道上,且相对地球静止,所以这颗卫星的运行周期和地球的自转周期相同,即运行周期为24h.
故答案为:小于,24.
2003年10月我国“神舟”五号载人航天飞船的成功发射,标志着我国进入了太空新时代.请回答下列有关问题:
(1)载人航天飞船在发射升空阶段,假定在刚离开地面后的一小段时间内竖直向上做匀加速直线运动.设地面重力加速度为g,匀加速阶段的加速度为a=8g,求在匀加速阶段飞船内质量为m的人对飞船座椅的压力.
(2)在飞行过程中,若飞船绕地球做匀速圆周运动的周期为T,地球半径为R,地面的重力加速度为g,求飞船的轨道半径r.
正确答案
解:(1)以飞船中质量为m的人为研究对象,对其受力分析有:
人受到重力和座椅对人的支持力F,根据牛顿第二定律有:
F-mg=ma
F=mg+ma=9mg
根据牛顿第三定律人对座椅的压力为9mg
(2)飞船绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力有:
①
在地球表面有重力等于万有引力,故
可得M=
把M代入①得:
r=
答:(1)人对座椅的压力为9mg;
(2)飞船的轨道半径r=
解析
解:(1)以飞船中质量为m的人为研究对象,对其受力分析有:
人受到重力和座椅对人的支持力F,根据牛顿第二定律有:
F-mg=ma
F=mg+ma=9mg
根据牛顿第三定律人对座椅的压力为9mg
(2)飞船绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力有:
①
在地球表面有重力等于万有引力,故
可得M=
把M代入①得:
r=
答:(1)人对座椅的压力为9mg;
(2)飞船的轨道半径r=
如图所示,三颗人造地球卫星都是顺时针方向运动,b与c轨道半径相同,则( )
正确答案
解析
解:人造地球卫星受到地球的引力充当向心力,即F==mω2r=m
=ma;
由公式可知:
A、线速度v=,即半径越大,线速度越小,故vb=vc<va,故A正确;
B、周期T=2,半径越大,周期越大,故Tb=Tc>Ta,故B正确;
C、向心加速度a=,半径越大,向心加速度越小,故bc的加速度小于a的加速度,故C错误;
D、b加速做离心运动,轨道半径变大,不可能追上前面的c,故D错误.
故选:AB
一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动,其角速度大小为ω.假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m的物体的重力,物体静止时,弹簧测力计的示数为F0.已知引力常量为G,则这颗行星的质量为( )
正确答案
解析
解:行星表面的重力加速度g=.
根据万有引力等于重力得,,解得M=
根据万有引力提供向心力有:,联立万有引力等于重力得,g=Rω2,则R=
所以M=.故A正确,B、C、D错误.
故选A.
绕地球做匀速圆周运动的卫星,离地面越近的卫星其( )
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
=ma=m
=mω2r=m
r
解得:a=,v=
,ω=
,T=2π
,
可知r越小,向心加速度越大,线速度越大,角速度越大,周期越小.故AC错误,BD正确;
故选:BD.
如图所示.有A、B两个行星绕同一恒星O做圆周运动,运转方向相同,A行星的周期为T1,B行星的周期为T2,在某一时刻两行星第一次相遇(即相距最近),若已知半径之比为R1:R2=1:4,则:
(1)A、B两个行星的周期之比是多少?
(2)行星A至少再经过多少个周期两颗行星相距最远?
(3)行星A至少再经过多少个周期两颗行星相距最近?
正确答案
解:(1)万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
r,解得:T=2π
,
=
=
;
(2)两行星相距最远时,两行星应该在同一直径上.所以当A比B多转半圈时两行星相距最远,列出等式:(-
)t′=π,解得:t′=
;
(3)两行星相距最近时,两行星应该在同一半径方向上.所以当A比B多转一圈时两行星再次相距最近,列出等式:(-
)t=2π,解得:t=
;
答:(1)A、B两个行星的周期之比是1:8;
(2)行星A至少再经过个周期两颗行星相距最远;
(3)行星A至少再经过个周期两颗行星相距最近.
解析
解:(1)万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
r,解得:T=2π
,
=
=
;
(2)两行星相距最远时,两行星应该在同一直径上.所以当A比B多转半圈时两行星相距最远,列出等式:(-
)t′=π,解得:t′=
;
(3)两行星相距最近时,两行星应该在同一半径方向上.所以当A比B多转一圈时两行星再次相距最近,列出等式:(-
)t=2π,解得:t=
;
答:(1)A、B两个行星的周期之比是1:8;
(2)行星A至少再经过个周期两颗行星相距最远;
(3)行星A至少再经过个周期两颗行星相距最近.
人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度( )
正确答案
解析
解:人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力=m
,
得v=,由此可知轨道半径越大,速度越小,轨道半径越小,速度越大,当轨道半径最小等于地球半径R时,
速度最大为v==7.9km/s,所以绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星的速度一定等于或小于7.9 km/s,故B正确、ACD错误.
故选:B.
据媒体报道,嫦娥二号卫星环月工作轨道为圆轨道,轨道高度200km,运动周期127分钟.若还知道引力常量和月球平均半径,仅利用以上条件不能求出的是( )
正确答案
解析
解:A、绕月卫星绕月球做匀速圆周运动,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、月球质量为M,有
G=m(
)2(R月+h)
地球表面重力加速度公式
g月=
联立①②可以求解出
g月= 即可以求出月球表面的重力加速度;
由于卫星的质量未知,故月球对卫星的吸引力无法求出;
由v=
可以求出卫星绕月球运行的速度;
由a=()2(R月+h)可以求出卫星绕月运行的加速度;
本题要选不能求出的,故选:B.
按照我国整个月球探测活动的计划,在第一步“绕月”工程圆满完成各项目标和科学探测任务后,将开展第二步“落月”工程,预计在2013年以前完成.假设月球半径为R,月球表面的重力加速度为g0,飞船沿距月球表面高度为3R的圆形轨道Ⅰ运动,到达轨道的A点.点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ,到达轨道的近月点B再次点火进入月球近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动.下列判断错误的是( )
正确答案
解析
解:A、在月球表面,在轨道I上有
,联列两式可解得v=
,故A错误;
B、飞船在A点处点火时,是通过向行进方向喷火,做减速运动,向心进入椭圆轨道,所以点火瞬间是动能减小的,故B正确;
C、飞船从A到B运行的过程中是无动力运行,只有万有引力作用,因此处于完全失重状态,C正确;
D、飞船在轨道Ⅲ绕月球运行,万有引力提供圆周运动向心力有,又
,所以可解得T=
,故D正确.
本题选择判断错误的是,故选A.
火星表面特征非常接近地球,可能适合人类居住.近期,我国宇航员王跃正与俄罗斯宇航员一起进行“模拟登火星”实验活动,已知火星半径是地球半径的,质量是地球质量的
,自转周期也基本相同.地球表面重力加速度是g,若王跃在地面上能向上跳起的最大高度是h,在忽略自转影响的条件下,下述分析正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力定律得,F=知王跃在火星表面受的万有引力是在地球表面受万有引力的
倍.故A错误.
B、根据万有引力等于重力得,,g=
,知火星表面重力加速度时地球表面重力加速度的
倍,则火星表面重力加速度为
.故B错误.
C、根据万有引力提供向心力,得v=
,知火星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的
倍.故C正确.
D、因为火星表面的重力加速度是地球表面重力加速度的倍,根据h=
,知火星上跳起的高度是地球上跳起高度的
倍,为
.故D错误.
故选C.
如图所示,赤道上随地球自转的物体A,赤道上空的近地卫星B、地球同步卫星C,它们的运动都可视为匀速圆周运动,比较三个物体的运动情况,以下判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星C为同步卫星,周期与A物体周期相等,故A错误;
B、AC比较,角速度相等,由v=ωr,可知υA<υC
BC比较,同为卫星,由人造卫星的速度公式v=,可知υC<υB
因而υA<υC<υB,故B错误;
C、卫星C为同步卫星,周期与A物体周期相等,故角速度也相等,故C错误;
D、AC比较,角速度相等,由a=ω2r,aA<aC,BC的向心力由万有引力提供即:F==ma,
a=,所以aC<aB,故D正确;
故选:D.
某星球密度与地球相同,其半径是地球半径的2倍,则其表面重力加速度为地球表面重力加速度的______倍;若在该星球表面上发射一颗卫星,所需的最小速度是地球第一宇宙速度的______倍.
正确答案
2
2
解析
解:
由星球表面万有引力等于重力:,得:
,则
=2,
由万有引力提供向心力,在星球表面有:,又:
,解得:
,故:
故答案为:2;2
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