- 万有引力与航天
- 共16469题
如图所示,是某次发射人造卫星的示意图,人造卫星先在半径为r的近地圆周轨道1上运动,然后改在椭圆轨道2上运动,最后在半径为7r的圆周轨道3上运动,a点是轨道1、2的交点,b点是轨道2、3的交点,人造卫星在轨道1上a点的速度为v1a,在轨道2上a点的速度为v2a,在轨道2上b点的速度为v2b,在轨道3上b点的速度为v3b,已知卫星在圆轨道运行时的引力势能为Ep=-
,选择无穷远处为势能零点,r是卫星与中心天体的球心距,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、轨道3的周期最大,则所给比式不对,则A错误
B、C、卫星在轨道1和轨道3上做匀速圆周运动,根据卫星的速度公式v=分析可知,
轨道半径越小,卫星的速度越大,则有v1a>v3b.
卫星在轨道2上做椭圆运动,根据开普勒第二定律得知,v2a>v2b.
卫星从轨道1变轨到轨道2,在a点加速,则有v2a>v1a.
卫星从轨道2变轨到轨道3,在b点加速,则有v3b>v2b.
所以v2a>v1a>v3b>v2b. 则BC错误
D、1轨道上的机械能为: 3轨道上的机械能为:E′=
,则两者之比为7:1,则D正确
故选:D
2010年10月1日,我国成功发射了“嫦娥二号”探月卫星.“嫦娥二号”在距月球表面100km高度的轨道上做圆周运动,这比“嫦娥一号”距月球表面200km的圆形轨道更有利于对月球表面做出精细测绘.已知月球的质量约为地球质量的,月球的半径约为地球半径的
,地球半径6400km,地球表面附近的重力加速度为10m/s2.求:
(1)月球表面附近的重力加速度;
(2)“嫦娥一号”与“嫦娥二号”在各自圆轨道上运行速度的大小之比.(已知≈0.97)
正确答案
解:(1)在星球表面的物体受到的重力等于星球对它的万有引力,
即:G=mg,解得:g=
,
=
=
=
=
,
g月=g地=2m/s2;
(2)卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供,
由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,
线速度之比:=
=
=
≈0.97;
答:(1)月球表面附近的重力加速度是2m/s2;
(2)“嫦娥一号”与“嫦娥二号”在各自圆轨道上运行速度的大小之比为0.97.
解析
解:(1)在星球表面的物体受到的重力等于星球对它的万有引力,
即:G=mg,解得:g=
,
=
=
=
=
,
g月=g地=2m/s2;
(2)卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供,
由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,
线速度之比:=
=
=
≈0.97;
答:(1)月球表面附近的重力加速度是2m/s2;
(2)“嫦娥一号”与“嫦娥二号”在各自圆轨道上运行速度的大小之比为0.97.
地球同步卫星与静止在地球赤道上的物体比较,下列物理量相同的是( )
正确答案
解析
解:A、B地球同步卫星的角速度与地球自转的角速度相同,相对于地球静止.静止在地球赤道上的物体角速度与地球自转的角速度也相同.则地球同步卫星与静止在地球赤道上的物体角速度ω相同.根据v=ωr分析可知,地球同步卫星的线速度大于地球上物体的线速度.故A错误,B正确.
C、由公式an=ω2r分析得知,地球同步卫星的轨道半径大,向心加速度大.故C错误.
D、由周期T=可知,卫星与物体周期相同.故D正确.
故选BD
氢原子中电子绕核运动和人造卫星绕地球运动相比较,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、氢原子中的电子绕原子核做匀速圆周运动有固定的轨道,不是任意轨道,故A错误;
B、人造卫星从近地点向远地点运动时其动能和重力势能总和不变,但电子从内层轨道向外层轨道跃迁时需要吸收能量,故其动能和电势能总和会增加,故B错误;
C、根据万有引力提供向心力和库仑力提供向心力可知:和
可得
和v=
,所以轨道半径越小,两者线速度都越大,故C正确;
D、根据万有引力提供向心力和库仑力提供向心力可知:和
可得:
和
,所以轨道半径越大,周期均越大,故D正确;
故选CD.
人造卫星离地面距离等于地球半径R,卫星以速度v沿圆轨道运动.设地面的重力加速度为g,则有( )
正确答案
解析
解:人造卫星离地面距离等于地球半径R,卫星以速度v沿圆轨道运动.
根据万有引力提供向心力得
G=m
r=2R
而GM=gR2,所以v=
故选D.
“空间站”是科学家进行天文探测和科学试验的特殊而又重要的场所.假设“空间站”正在地球赤道平面内的圆周轨道上运行,其离地球表面的高度为同步卫星离地球表面高度的十分之一,且运行方向与地球自转方向一致.下列说法正确的有( )
正确答案
解析
解:A、根据,知“空间站”运行的加速度等于其所在高度处的重力加速度.故A正确.
B、根据得:v=
,离地球表面的高度不是其运动半径,所以线速度之比不是
:1,故B错误;
C、轨道半径越大,角速度越小,同步卫星和地球自转的角速度相同,所以空间站的角速度大于地球自转的角速度,所以站在地球赤道上的人观察到空间站向东运动.故C错误;
D、在“空间站”工作的宇航员处于完全失重状态,靠万有引力提供向心力,做圆周运动.故D错误.
故选A.
地球的同步卫星距地面高h约为地球半径的5倍,同步卫星正下方的地面上有一静止的物体A,求:
(1)同步卫星与物体A的向心加速度之比是多大?
(2)若使物体A以适当的速度成为近地卫星,则它的速度与同步卫星的速度之比是多大?
正确答案
解:(1)根据a=ω2r,同步卫星与A角速度相同,
根据a=ω2r,
代入数据后得a同:aA=6:1.
(2)对于卫星A和同步卫星均绕地球做匀速圆周运动,由万有引力提供向心力,
即=
v=,
代入数据可得vA:v同=:1.
答:(1)同步卫星与物体A的向心加速度之比是6:1.
(2)若使物体A以适当的速度成为近地卫星,则它的速度与同步卫星的速度之比是:1.
解析
解:(1)根据a=ω2r,同步卫星与A角速度相同,
根据a=ω2r,
代入数据后得a同:aA=6:1.
(2)对于卫星A和同步卫星均绕地球做匀速圆周运动,由万有引力提供向心力,
即=
v=,
代入数据可得vA:v同=:1.
答:(1)同步卫星与物体A的向心加速度之比是6:1.
(2)若使物体A以适当的速度成为近地卫星,则它的速度与同步卫星的速度之比是:1.
如图所示,假设月球半径为R,月球表面的重力加速度为g0,飞船在圆形轨道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再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动.则( )
正确答案
解析
解:A、飞船在轨道Ⅰ上,万有引力提供向心力:=m
在月球表面,万有引力等于重力得:=mg0,
解得v=,
在轨道Ⅰ上经过B点,在该位置加速,使万有引力小于向心力,做离心运动,才能进入轨道Ⅱ,所以在轨道Ⅰ上过B点时的速度小于轨道Ⅱ上过B点时的速度,
所以飞船在轨道Ⅱ上运行时通过B点的速度大于,故A正确;
B、飞船在轨道Ⅰ上的机械能大于在轨道Ⅱ上的机械能,故B正确;
C、飞船在轨道Ⅰ上运行时通过A点和在轨道Ⅱ上运行时通过A点时受到的万有引力大小相等,根据牛顿第二定律可知加速度必定相等.故C错误.
D、设飞船在近月轨道Ⅲ绕月球运行一周所需的时间为T,则:
mR=mg0,
T=2π,故D正确.
故选:ABD.
一颗距离地面高度等于地球半径R的人造卫星绕地球做匀速圆周运动,卫星轨道平面与赤道平面重合,已知地球表面重力加速度为g,忽略地球自转的影响.
(1)求出此卫星绕地心做圆周运动的线速度v和周期T;
(2)设地球自转周期为T0,该卫星做圆周运动的方向与地球自转方向相同,则在赤道上某一点的人能连续接收到该卫星发射的微波信号的时间是多少?(如图,赤道上的人在B点时恰好可收到A点的卫星发生的微波信号.)
正确答案
解:(1)利用万有引力提供卫星做圆周运动的向心力即:
=m
r=m
,
r=2R,
处于地球表面的物体所受的重力约等于地球对它的万有引力:=mg
解得:v==
,
T=2π=4π
,
(2)设人在B1位置刚好看见卫星出现在A1位置,最后在B2位置刚好看见卫星消失在A2位置.
OA1=2OB1,设从B1到B2时间为t,显然有:+
•2π=
•2π
解得:t=.
答:(1)求出此卫星绕地心做圆周运动的线速度是,周期是4π
;
(2)在赤道上某一点的人能连续接收到该卫星发射的微波信号的时间是.
解析
解:(1)利用万有引力提供卫星做圆周运动的向心力即:
=m
r=m
,
r=2R,
处于地球表面的物体所受的重力约等于地球对它的万有引力:=mg
解得:v==
,
T=2π=4π
,
(2)设人在B1位置刚好看见卫星出现在A1位置,最后在B2位置刚好看见卫星消失在A2位置.
OA1=2OB1,设从B1到B2时间为t,显然有:+
•2π=
•2π
解得:t=.
答:(1)求出此卫星绕地心做圆周运动的线速度是,周期是4π
;
(2)在赤道上某一点的人能连续接收到该卫星发射的微波信号的时间是.
“嫦娥一号”绕月球做匀速圆周运动的轨道半径为R,它到月球表面的距离为h,已知“嫦娥一号”的质量为m,月球的质量为M,引力常量为G试求:
(1)月球表面“重力加速度”g月
(2)“嫦娥一号”绕月球运动的周期T.
正确答案
解:(1)根据物体在月球表面所受的万有引力等于重力得
=mg月,
g月=.
(2)“嫦娥一号”绕月球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力得
=mr(
)2,
r=R
解得:T=2π,
答:(1)“月球表面”重力加速度“g月=.
(2)“嫦娥一号”绕月球运动的周期2π.
解析
解:(1)根据物体在月球表面所受的万有引力等于重力得
=mg月,
g月=.
(2)“嫦娥一号”绕月球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力得
=mr(
)2,
r=R
解得:T=2π,
答:(1)“月球表面”重力加速度“g月=.
(2)“嫦娥一号”绕月球运动的周期2π.
已知某人造卫星的周期是5.58×103s,假定它在圆形的轨道上运动,你能求出它离地面的高度吗?
正确答案
解:根据万有引力给卫星提供向心力,
对卫星: ①
在地面处的物体所受的万有引力等于重力
得: ②
由①②联立并代入数据解得:h=
将地球表面的重力加速度g=9.8m/s2和地球的半径R=6400km代入公式得:=4×105m
答:该卫星离地面的高度为4×105m.
解析
解:根据万有引力给卫星提供向心力,
对卫星: ①
在地面处的物体所受的万有引力等于重力
得: ②
由①②联立并代入数据解得:h=
将地球表面的重力加速度g=9.8m/s2和地球的半径R=6400km代入公式得:=4×105m
答:该卫星离地面的高度为4×105m.
若人造卫星绕地球做匀速圆周运动,则离地面越近的卫星( )
正确答案
解析
解:人造卫星绕地球做匀速圆周运动时,由地球的万有引力提供向心力,则有
G=m
=mω2r=ma=m
则得,v=,ω=
,a=
,T=2
可见,轨道半径越小,线速度、角速度、加速度越大,而周期越小,得知A正确,BCD错误.
故选:A.
两个靠近的天体称为双星,它们以两者连线上某点O为圆心做匀速圆周运动,其质量分别为m1、m2,如图所示,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、双星结构稳定,间距恒定,故它们的角速度相等,故A正确;
B、设两星之间的距离为L,则有: ①
②
联立①②可得:m1r1ω=m2r2ω,m1v1=m2v2,即线速度和质量成反比,故B正确;
C、同时由万有引力公式可知向心力与质量的乘积成正比,故C正确.
D、由①②两式解得:
m1ω2r1=m2ω2r2
故:m1r1=m2r2
故轨道半径与质量成反比,故D正确;
故选:ABC.
“神舟”七号飞船的成功发射为我国在2010年实现探月计划--“嫦娥工程”获得了宝贵的经验.假设月球半径为R,月球表面的重力加速度为g0 ,飞船在距月球表面高度为3R的圆形轨道Ⅰ运行,到达轨道的A点时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,万有引力常量为G,求:
(1)飞船在轨道Ⅲ上的运行速率;
(2)飞船在轨道Ⅰ绕月球运行一周所需的时间.
(3)飞船在A点处点火后瞬间与点火前相比,速度是变大还是变小?
正确答案
解:
(1)对月球表面的物体:
解得:
飞船在Ⅲ轨道上有:
解得:
=
(2)飞船在轨道Ⅰ上时:
r=4R
解得:
(3)飞船由高轨道变向了低轨道,做的是向心运动,可知其速度应该变小.
答:
(1)飞船在轨道Ⅲ上的运行速率v=
(2)飞船在轨道Ⅰ绕月球运行一周所需的时间.
(3)飞船在A点处点火后瞬间与点火前相比,速度变小.
解析
解:
(1)对月球表面的物体:
解得:
飞船在Ⅲ轨道上有:
解得:
=
(2)飞船在轨道Ⅰ上时:
r=4R
解得:
(3)飞船由高轨道变向了低轨道,做的是向心运动,可知其速度应该变小.
答:
(1)飞船在轨道Ⅲ上的运行速率v=
(2)飞船在轨道Ⅰ绕月球运行一周所需的时间.
(3)飞船在A点处点火后瞬间与点火前相比,速度变小.
当一个做匀速圆周运动的人造卫星的轨道半径变为原来的2倍时,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据人造卫星的万有引力等于向心力,得:
F=G=m
=mω2r=m
r
可得 v=,ω=
,T=2π
由上式可得:当人造卫星的轨道半径变为原来的2倍时,卫星的线速度变为原来的 倍,角速度变为原来的
倍,向心力变为原来的
倍,卫星的周期变为原来的2
倍.故BC错误,AD正确.
故选:AD.
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