- 万有引力与航天
- 共16469题
地球质量大约是月球质量的81倍,在登月飞船通过月、地之间的某一位置时,月球和地球对它的引力大小相等,该位置到月球中心和地球中心的距离之比为( )
正确答案
解析
解:设飞船的位置距离月球中心的距离为r1,距离地球中心的距离为r2,有:.地球质量大约是月球质量的81倍,
解得:.故C正确,A、B、D错误.
故选C.
两个行星各有一个卫星绕其表面运行,已知两个卫星的周期之比为1:3,两行星半径之比为3:1,则:
(1)两行星密度之比为多少?
(2)两行星表面处重力加速度之比为多少?
正确答案
解:(1)人造地球卫星的万有引力充当向心力,即
=m
,r=R
密度ρ==
所以两行星密度之比为9:1,
(2)忽略行星自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式=m
=mg
g=
所以两行星表面处重力加速度之比为27:1,
答:(1)两行星密度之比为9:1,
(2)两行星表面处重力加速度之比为27:1,
解析
解:(1)人造地球卫星的万有引力充当向心力,即
=m
,r=R
密度ρ==
所以两行星密度之比为9:1,
(2)忽略行星自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式=m
=mg
g=
所以两行星表面处重力加速度之比为27:1,
答:(1)两行星密度之比为9:1,
(2)两行星表面处重力加速度之比为27:1,
如图所示,a、b是在地球大气层外圆形轨道上做匀速圆周运动的两颗卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有
A、线速度v=可知,a的半径小线速度大,故A正确;
B、向心加速度a=可知,a的半径小向心加速度大,故B正确;
C、周期T=可知,a的半径小,周期小,故C错误;
D、可知,a的半径小,角速度大,故D错误.
故选:AB.
A和B是绕地球做匀速圆周运动的卫星,A与B的轨道半径之比为1:2,则A与B的( )
正确答案
解析
解:卫星绕地球做匀速圆周运动,由万有引力提供向心力,则得:
G=ma=m
=m
=mω2r
解得:a=,T=2πr
,v=
,ω=
据题:rA:rB=1:2
则根据数学知识得:aA:aB=4:1,TA:TB=1:2,vA:vB=
:1,ωA:ωB=2
:1
故选:C
(2016•江西一模)有a、b、c、d四颗地球卫星,a还未发射,在地球赤道上随地球表面一起转动,b处于地面附近近地轨道上正常运动,c是地球同步卫星,d是高空探测卫星,设地球自转周期为24h,所有卫星均视为匀速圆周运动,各卫星排列位置如图所示,则有( )
正确答案
解析
解:A、同步卫星的周期必须与地球自转周期相同,角速度相同,则知a与c的角速度相同,根据a=ω2r知,c的向心加速度大.
由 =mg,得g=
,卫星的轨道半径越大,向心加速度越小,则同步卫星的向心加速度小于b的向心加速度,而b的向心加速度约为g,故知a的向心加速度小于重力加速度g.故A错误;
B、c是地球同步卫星,周期是24h,则c在4h内转过的圆心角是π,故B错误;
C、由 =m
,得v=
,卫星的半径越大,线速度越小,所以b的线速度最大,在相同时间内转过的弧长最长.故C正确;
D、由开普勒第三定律 =k知,卫星的半径越大,周期越大,所以d的运动周期大于c的周期24h.故D错误;
故选:C.
一人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,假如该卫星变轨后仍做匀速圆周运动,动能减小为原来的,不考虑卫星质量的变化,则变轨前后卫星的( )
正确答案
解析
解:动能减小为原来的,则线速度减为原来的
,
根据万有引力提供向心力得
=
,
v=,
则轨道半径变为原来的4倍.则轨道半径之比为1:4.
根据=ma=
=mω2r
解得a=
ω=
T=2π
轨道半径之比为1:4,
则向心加速度大小之比为16:1,角速度大小之比为8:1,周期之比为1:8,故AB错误,CD正确.
故选:CD.
如图所示,2013年12月2日,搭载着“嫦娥三号”的长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心发射升空,“嫦娥三号”经地月转移轨道,通过轨道修正,减速制动和绕月变轨进入距月球表面高度100km环月轨道Ⅰ,然后在M点通过变轨进入近月点15km的椭圆轨道Ⅱ,最后“嫦娥三号”将从高度15km的近月点开始动力下降,最终“嫦娥三号”带着“玉兔”月球车于12月15日成功实现了在月球表面的软着陆.若月球表面的重力加速度取1.6m/s2,月球半径取1700km.求:
(1)“嫦娥三号”在环月圆轨道Ⅰ上的向心加速度(结果保留两位有效数字);
(2)“嫦娥三号”在轨道Ⅰ、Ⅱ上运动的周期之比.
正确答案
解:(1)“嫦娥三号”在环月圆轨道Ⅰ做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,
,
在月球表面有:,
解得=
=1.4m/s2.
(2)“嫦娥三号”在变轨前绕月做圆周运动,半径R=1700+100km=1800km,
变轨后绕月做椭圆运动,半长轴a=,
由开普勒第三定律可得:,
则.
答:(1))“嫦娥三号”在环月圆轨道Ⅰ上的向心加速度为1.4m/s2;
(2)“嫦娥三号”在轨道Ⅰ、Ⅱ上运动的周期之比为.
解析
解:(1)“嫦娥三号”在环月圆轨道Ⅰ做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,
,
在月球表面有:,
解得=
=1.4m/s2.
(2)“嫦娥三号”在变轨前绕月做圆周运动,半径R=1700+100km=1800km,
变轨后绕月做椭圆运动,半长轴a=,
由开普勒第三定律可得:,
则.
答:(1))“嫦娥三号”在环月圆轨道Ⅰ上的向心加速度为1.4m/s2;
(2)“嫦娥三号”在轨道Ⅰ、Ⅱ上运动的周期之比为.
木星公转周期约为12年,地球到太阳的距离为1天文单位,则木星到太阳的距离最接近( )
正确答案
解析
解:根据开普勒第三定律=k,得:R=
设地球与太阳的距离为R1,木星与太阳的距离为R2,则得:≈5.2,
所以R2=5.2R1=5.2天文单位.
故选:A
我国成功地发射了“嫦娥一号”探月卫星,其轨道示意图如下图所示.卫星进入地球轨道后还需要对卫星进行10次点火控制.第一次点火,抬高近地点,将近地点抬高到约600km,第二、三、四次点火,让卫星不断变轨加速,经过三次累积,卫星加速到11.0km/s的速度进入地月转移轨道向月球飞去.后6次点火的主要作用是修正飞行方向和被月球捕获时的紧急刹车,最终把卫星送入离月面200km高的工作轨道(可视为匀速圆周运动).已知地球质量是月球质量的81倍,R月=1800km,R地=6400km,卫星质量2350kg,地球表面重力加速度g取10m/s2. (涉及开方可估算,结果保留一位有效数字)求:
(1)卫星在绕地球轨道运行时离地面600km时的加速度.
(2)卫星从离开地球轨道进入地月转移轨道最终稳定在离月球表面200km的工作轨道上外力对它做了多少功?(忽略地球自转及月球绕地球公转的影响)
正确答案
解:(1)卫星在离地600km处对卫星加速度为a,由牛顿第二定律
又因为在地球表面有
可得a=≈8m/s2
(2)卫星离月面200km速度为v,由牛顿第二定律得:
得:
由
又因为地球质量M=81M月
所以G=
代入数据可得 得:V2=2.53×106km2/s2
由动能定理,外力对卫星做功
W=mv2-
mv02=
×2350×(253×104-110002)=-1×1011J
答:(1)卫星在绕地球轨道运行时离地面600km时的加速度8m/s2.
(2)卫星从离开地球轨道进入地月转移轨道最终稳定在离月球表面200km的工作轨道上外力对它做了-1×1011J的功.
解析
解:(1)卫星在离地600km处对卫星加速度为a,由牛顿第二定律
又因为在地球表面有
可得a=≈8m/s2
(2)卫星离月面200km速度为v,由牛顿第二定律得:
得:
由
又因为地球质量M=81M月
所以G=
代入数据可得 得:V2=2.53×106km2/s2
由动能定理,外力对卫星做功
W=mv2-
mv02=
×2350×(253×104-110002)=-1×1011J
答:(1)卫星在绕地球轨道运行时离地面600km时的加速度8m/s2.
(2)卫星从离开地球轨道进入地月转移轨道最终稳定在离月球表面200km的工作轨道上外力对它做了-1×1011J的功.
(2015春•邢台校级月考)已知地球表面的重力加速度大小为g,地球的自转周期为T,卫星在同步圆轨道上的轨道半径为r,求:地球的半径?
正确答案
解:根据得,
T=.
又GM=gR2
联立两式得,R=.
答:地球的半径为.
解析
解:根据得,
T=.
又GM=gR2
联立两式得,R=.
答:地球的半径为.
“天宫一号”和“神舟八号”绕地球做匀速圆周运动的示意图如图所示,A代表“天宫一号”,B代表“神舟八号”,虚线为各自的轨道.可以判定( )
正确答案
解析
解:A、B、C根据万有引力提供向心力得,
则得,v=,T=
,a=
故得知,天宫一号的半径大,线速度小、周期大、向心加速度小.故A、B、C均错误.
D、神舟八号在轨道上加速,由于万有引力小于所需的向心力,神舟八号会做离心运动,离开原轨道,轨道半径增大,可能和天宫一号对接.故D正确.
故选:D.
已知地球半径为6400km,一颗人造地球卫星在地球表面附近的重量为1.0×105N,则该卫得在距离地心12800km的轨道上运行时受到的万有引力大小为( )
正确答案
解析
解:在地球表面附近重力与万有引力相等有:
…①
卫星在轨道上运动时万有引力为:
…②
所以有:
得:=2.5×104N
故选:B
(多选)我国发射的“天宫一号”和“神州八号”在对接前,“天宫一号”的运行轨道高度为350km,“神州八号”的运行轨道高度为343km.它们的运行轨道均视为圆周,则( )
正确答案
解析
解:卫星绕恒星做匀速圆周运动时,万有引力提供向心力,
=mω2r=m
r=m
=ma
A、v=,所以“天宫一号”比“神州八号”速度小,故A错误;
B、T=2π,所以“天宫一号”比“神州八号”周期大,故B正确;
C、ω=,所以“天宫一号”比“神州八号”角速度小,故C正确;
D、a=,所以“天宫一号”比“神州八号”加速度小,故D错误;
故选:BC.
天黑4小时在赤道上的某人,在天空上仍然可观察到一颗人造地球卫星飞行.设地球半径为^下表列出卫星在不同轨道上飞行速度〃大小:
则这颗卫星飞行速度大小V一定是( )
正确答案
解析
解:站在赤道上的人要看到卫星,需要满足太阳光经卫星反射后能到达人所在的位置,如下图所示,地球自西向东转,天黑4小时人应处在图中位置,设此时太阳光经过卫星反射后恰好射到人所在的位置,由几何关系得卫星距地心的距离为2R,这是卫星距离地心的最小距离,即卫星的轨道半径r≥2R,查表得该卫星的速度υ≤5.6Km/s.故D正确,A、B、C错误.
故选D.
“嫦娥三号”卫星在距月球100公里的圆形轨道上开展科学探测,其飞行的周期为118分钟,若已知月球半径和万有引力常量,由此可推算( )
正确答案
解析
解:A、轨道半径r=R+H,则卫星运行的线速度v==
.故A正确;
B、由于嫦娥三号卫星是环绕天体,根据万有引力提供向心力只能求出中心天体的质量,所以无法求出嫦娥三号的质量.故B错误;
C、根据得,月球的质量M=
=
,故C正确;
D、因为嫦娥三号的质量无法求出,所以无法得出月球对嫦娥三号的引力.故D错误.
故选:AC.
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