- 万有引力与航天
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2011年11月3日凌晨1时43分,“神舟八号”与“天宫一号”在距地球表面343km的轨道上成功对接成组合体,如图所示.对于在轨道上运行的组合体,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、“神舟八号”与“天宫一号”受到地球引力作用而做圆周圆周运动,地球引力提供向心力,故A错误;
B、卫星绕地球做圆周运动的周期T=2π,它们的轨道半径小球同步卫星的轨道半径,因此它的周期小于同步卫星的周期24h,故B错误;
C、绕地球表面运动的卫星线速度最大为7.9km/s,“神舟八号”与“天宫一号”轨道大于地球半径,它的线速度小于7.9km/s,故C正确;
D、向心加速度a=,轨道半径等于地球半径时的加速度为9.8m/s2,“神舟八号”与“天宫一号”轨道半径大于地球半径,因此它的向心加速度小于9.8m/s2,故D错误;
故选:C
己知地球半径为R,地面处的重力加速度为g,一颗距离地面高度为2R的人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,下列关于卫星运动的说法正确的是( )
正确答案
解析
解:在地球表面重力与万有引力相等有:
可得GM=gR2
对于人造卫星距地面高度为2R,则其轨道半径为3R,由万有引力提供圆周运动向心力有:
=ma
所以可得线速度v=,故A错误;
角速度,故B正确;
加速度,故C正确;
周期T=,故D错误.
故选:BC.
北京时间2008年9月25日21时10分许,“神舟七号”在酒泉卫星发射中心载人航天发射场由“长征二号F”运载火箭发射升空,点火后583秒时,飞船与火箭在高度约200公里处成功分离.它首先进入椭圆轨道I,绕行5圈后,在椭圆轨道的远地点Q处变轨,进入圆轨道II运行,并于3天后在我国内蒙古中部草原安全着陆,其部分运行轨迹如图.已知地球半径为R,地球表面处的重力加速度为g,“神舟七号”的质量为m,椭圆轨道的近地点P离地面高为hl,“神舟七号”到达近地点P时的速率为V1,远地点Q离地面高为h2,变轨前“神舟七号”运行到椭圆轨道的远地点Q时的速率为V2,则运行到椭圆轨道的近地点P时的加速度为______,从椭圆轨道的近地点P运行到远地点Q的过程中,万有引力做的功为______,从椭圆轨道的远地点Q开始变轨,到在圆轨道II上运行的过程中,发动机需提供的能量为______.
正确答案
解:根据牛顿第二定律得,神舟七号在近地点P时的加速度a==
.
又GM=gR2
解得a=.
根据动能定理得,万有引力做功W=.
根据万有引力提供向心力得,在圆轨道II上,
又GM=gR2
则在圆轨道II上动能.
发动机需提供的能量为.
故答案为:,
,
解析
解:根据牛顿第二定律得,神舟七号在近地点P时的加速度a==
.
又GM=gR2
解得a=.
根据动能定理得,万有引力做功W=.
根据万有引力提供向心力得,在圆轨道II上,
又GM=gR2
则在圆轨道II上动能.
发动机需提供的能量为.
故答案为:,
,
一颗在赤道上空飞行的人造地球卫星的轨道离地面的高度为2R(R为地球半径),已知地球表面重力加速度为g,则该卫星的运行周期是多大?
正确答案
解:设地球的质量为M,人造卫星的质量为m,引力提供向心力,有:
G=mr(
)2
其中r=h+R=3R
又G=mg
联立解得:T=6π
答:该卫星的周期为6π.
解析
解:设地球的质量为M,人造卫星的质量为m,引力提供向心力,有:
G=mr(
)2
其中r=h+R=3R
又G=mg
联立解得:T=6π
答:该卫星的周期为6π.
(2016•衡阳一模)如图为“高分一号”卫星与北斗导航系统中的“G1”卫星,在空中某一平面内绕地心O做匀速圆周运动的示意图.已知卫星“G1”的轨道半径为r,地球表面的重力加速度为g,地球半径为R,万有引力常量为G.则( )
正确答案
解析
解:A、根据牛顿第二定律得:=ma
a=
所以“高分一号”的加速度大于卫星“G1”的加速度,故A错误;
B、第一宇宙速度是圆行近地轨道的环绕速度,也是圆形轨道上速度的最大值,所以“高分一号”的运行速度小于第一宇宙速度,故B错误;
C、根据万有引力等于重力,有:=mg,
M=,故C错误;
D、根据万有引力提供向心力得:=m
r
T=2π=
,故D正确;
故选:D.
2012年6月18日,载有三名航天员的神舟九号飞船于下午14时许与天宫一号自动交会对接.对接完成、两飞行器形成稳定运行的组合体后,航天员于17时多进入天宫一号目标飞行器,这实现了中国载人航天历史上首次对一个在轨运行的航天器的拜访和驻留.假如神舟九号与天宫一号对接前所处的轨道如图甲所示,图乙是它们在轨道上即将对接时的模拟图.当它们处于图甲所示的轨道运行时,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的向心力有:G=ma=m
=mr
得:a=
,v=
,T=
=2π
,
A、由于a=,因为神舟九号的轨道半径比天宫一号要小,所以神舟九号的加速度比天宫一号的大,故A错误;
B、由于v=,因为神舟九号的轨道半径比天宫一号的小,所以神舟九号的运行速度比天宫一号的大,故B错误;
C、由于T==2π
,因为神舟九号的轨道半径比天宫一号的小,所以神舟九号的运行周期比天宫一号的短,故C错误;
D、神舟九号加速后做离心运动可以实现与天宫一号对接.故D正确.
故选:D.
我国于2013年12月发射了“嫦娥三号”卫星,该卫星在距月球表面高度为h的轨道上做匀速圆周运动,其运行的周期为T;卫星还在月球上软着陆.若以R表示月球的半径,忽略月球自转及地球对卫星的影响.则( )
正确答案
解析
解:
A、“嫦娥三号”绕月运行时,卫星的轨道半径为R+h,向心加速度为 a=(R+h),故A错误;
B、由万有引力提供向心力得:G=m
(R+h),①
当h=0时,由G=m
②
联立以上两式解得月球的第一宇宙速度为:v=,故B正确;
C、在月球表面,由重力等于万有引力得:mg=,则得月球表面的重力加速度 g=
③
根据①③得:g=.所以可以求出物体在月球表面自由下落的加速度g,故C错误;
D、降落伞只能在有空气时才能产生阻力,由于月球表面是真空,“嫦娥三号”降落月球时,无法使用降落伞减速.故D错误.
故选:B
如图所示,a为放在赤道上相对地球静止的物体,随地球自转做匀速圆周运动,b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星(轨道半径等于地球半径),c为地球的同步卫星,以下关于a、b、c的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、地球赤道上的物体与同步卫星具有相同的角速度,所以ωa=ωc,根据a=rω2知,c的向心加速度大于a的向心加速度.
根据a=得b的向心加速度大于c的向心加速度.故A正确,B错误.
C、地球赤道上的物体与同步卫星具有相同的角速度,所以ωa=ωc,根据v=rω,c的线速度大于a的线速度.
根据v=得b的线速度大于c的线速度,故C错误
D、卫星C为同步卫星,所以Ta=Tc,根据T=2π得c的周期大于b的周期,故D正确
故选AD.
人造卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为R,线速度为v,周期为T.若要使卫星的周期变为2T,可以采取的办法是( )
正确答案
解析
解:A、若半径R不变,使卫星的线速度减小,卫星将做近心运动,周期减小.故A错误.
B、若v不变,卫星只能在原轨道上运动,半径不变,周期也不变.故B错误.
C、设地球的质量为M,卫星的质量为m.由牛顿第二定律得: 得到T=
根据数学知识可知,使轨道半径R变为r时,卫星的周期变2T.故C正确、D错误.
故选:C.
2008年9月25日至28日,我国成功实施了“神舟”七号载人航天飞行并实现了航天员首次出舱.飞船先沿椭圆轨道飞行,然后在远地点343千米处点火加速,由椭圆轨道变成高度为343千米的圆轨道,在此圆轨道上飞船运行周期约为90分钟.下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在远地点343千米处点火加速,机械能增加,故A错误.
B、飞船在圆轨道上时,航天员出舱前后,航天员所受地球的万有引力提供航天员做圆周运动的向心力,航天员此时的加速度就是万有引力加速度,即航天员出舱前后均处于完全失重状态,故B正确;
C、因为飞船在圆形轨道上的周期为90分钟小于同步卫星的周期,根据ω=可知角速度与周期成反比,所以飞船在此圆轨道上运动的角度速度大于同步卫星运动的角速度,故C正确;
D、飞船变轨前后通过椭圆轨道远地点时的加速度均为万有引力加速度,据可知,轨道半径一样则加速度一样,故D正确.
故选:BCD.
现在,人造地球卫星发挥着越来越重要的作用.马航MH370航班与地面失去联系的一年多时间里,我国共调动了21颗卫星为搜救行动提供技术支持.假设某颗做匀速圆周运动的卫星A,其轨道在赤道平面内,距离地面的高度为地球半径的2.5倍,取同步卫星B离地面高度为地球半径的6倍,则( )
正确答案
解析
解:A、第一宇宙速度是近地卫星运行的速度,同时也是围绕地球做圆周运动的最大速度,所以卫星B的线速度小于第一宇宙速度,故A正确;
B、在地球表面有:mg=G,可得g=
,卫星B的轨道半径RB=7R,由万有引力提供向心力有G
=ma,得其向心加速度a=
=
g≈0.02g,故B错误;
C、同步卫星与地球自转角速度相同,则根据a=rω2知,向心加速度与轨道半径成正比,则知同步卫星B的向心加速度为地球表面赤道上物体随地球自转向心加速度的7倍.故C错误;
D、卫星的轨道半径为RA=3.5R,卫星B的轨道半径RB=7R,由开普勒第三定律得:=
=8,可得 TB=2
TA.故D错误.
故选:A.
假设地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,飞船在距地面高度为3R的圆轨道Ⅰ运动,到达轨道上A点点火进入椭圆轨道Ⅱ,到达轨道的近地点B再次点火进入近地轨道Ⅲ绕地球做圆周运动,不考虑飞船质量的变化,下列分析正确的是( )
正确答案
解析
解:A、7.9km/s是近地圆轨道的环绕速度,在B点速度必须大于7.9km/s才能做离心运动,才能沿着轨道Ⅱ运动,故A错误;
B、飞船在轨道Ⅰ上,轨道半径为4R,万有引力提供向心力,有:=m
r=m
r=4R,
地球表面重力加速度:
g=
联立解得:
v=,故B错误;
C、飞船从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ要在A点刹车减速做向心运动,故机械能要减小,故C错误;
D、飞船在轨道Ⅲ运行时,重力等于向心力,故:
mg=mR
解得:T=2π,故D正确;
故选:D.
(2016•乐山模拟)设想我国宇航员随“嫦娥”号登月飞船贴近月球表面做匀速圆周运动,宇航员测出飞船绕行n圈所用的时间为t.登月后,宇航员利用身边的弹簧秤测出质量为m的物体重力G1.已知引力常量为G,根据以上信息可得到( )
正确答案
解析
解:A、设月球的半径为R,月球的质量为M.
宇航员测出飞船绕行n圈所用的时间为t,则飞船的周期为 T= ①
=mR(
)2 ②
得到月球的质量M=
月球的密度为 ρ==
=
=
,故A正确.
B、根据万有引力提供向心力,列出等式中消去飞船的质量,所以无法求出飞船的质量,故B错误
C、设月球的第一宇宙速度大小为v,根据v=可以求得表面附近绕月球做匀速圆周运动的速度,即可求出月球的第一宇宙速度.故C正确
D、根据万有引力提供向心力,不能求月球自转的周期.故D错误.
故选AC.
(2015秋•昆明校级月考)一颗人造卫星在离地面高度等于地球半径的圆形轨道上运行,已知g为地球表面的重力加速度,地球的第一宇宙速度是v1,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、地球的第一宇宙速度是地球卫星绕地球运动的最大速度,则这颗卫星运行的线速度小于v1,故A错误;
B、在地球表面,根据重力提供向心力得:
,
人造卫星由万有引力提供向心力,则有:
解得:a=,故B正确;
C、在圆轨道运行,处于完全失重状态,故压力为零,故C错误;
D、其轨道半径小于同步卫星轨道,要加速才可到达同步轨道实现对接,故D正确.
故选:BD
2011年4月10日4时47分,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭,成功将第八颗北斗导航卫星送入太空轨道.“北斗”卫星导航定位系统将由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成(如下图所示),30颗非静止轨道卫星中有27颗是中轨道卫星,中轨道卫星平均分布在倾角55度的三个平面上,轨道高度约21500公里,静止轨道卫星的高度约为36000公里,地球半径约为6400公里.已知
,下列关于北斗导航卫星的说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据,a=
,轨道半径越大,向心加速度越小,中轨道卫星的轨道半径小,向心加速度大.故A错误.
B、根据,知道轨道半径越大,线速度越小,第一宇宙速度的轨道半径为地球的半径,所以第一宇宙速度是绕地球做匀速圆周运动最大的环绕速度,所以静止轨道卫星和中轨卫星的线速度均小于地球的第一宇宙速度.故B错误.
C、根据,T=
,所以中轨道卫星和静止轨道卫星的周期比
=
.则中轨道卫星的周期T1=0.53×24h=12.7h.故C正确.
D、地球赤道上随地球自转物体和静止轨道卫星具有相同的角速度,根据a=rω2,知静止轨道卫星的向心加速度大.故D错误.
故选C.
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