- 万有引力与航天
- 共16469题
中国志愿者王跃参与人类历史上第一次全过程模拟从地球往返火星的一次实验“火星-500”活动,王跃走出登陆舱,成功踏上模拟火星表面,在火星上首次留下中国人的足迹,目前正处于从“火星”返回地球途中.假设将来人类一艘飞船从火星返回地球时,经历了如图所示的变轨过程,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据开普勒第二定律可知,飞船在轨道Ⅱ上运动时,在P点速度大于在Q点的速度.故A正确.
B、飞船在轨道Ⅰ上经过P点时,要点火加速,使其速度增大做离心运动,从而转移到轨道Ⅱ上运动.所以飞船在轨道Ⅰ上运动时的机械能小于轨道Ⅱ上运动的机械能.故B错误.
C、飞船在轨道Ⅰ上运动到P点时与飞船在轨道Ⅱ上运动到P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正确.
D、根据周期公式,虽然r相等,但是由于地球和火星的质量不等,所以周期T不相等.故D错误.
故选AC.
a、b两颗人造地球卫星分别在如图所示的两个不同的圆轨道上运行,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、第一宇宙速度是近地卫星的圆周运动速度,根据v=,a卫星的轨道半径均大于地球半径,故其线速度均小于第一宇宙速度,故A错误.
B、根据万有引力提供向心力,有:
=m
=m
r=mω2r
解得:v=,b卫星的运行速度比a卫星的小,故B正确;
C、T=2π,所以b卫星的周期比a卫星的大,故C错误;
D、ω=,所以b卫星的角速度比a卫星的小,故D错误;
故选:B.
卫星靠近某星球的表面运转过程中,要计算该星球的密度,只需要知道下面哪一个物理量( )
正确答案
解析
解:AD、卫星的轨道半径等于行星的半径,仅知道卫星的质量,不知道星球的半径,无法求出星球的密度.故A、D错误.
B、已知卫星的运行速度,根据,
解得M=,因为半径未知,无法得出密度.故B错误.
C、设行星的半径为R,根据得,
行星的质量M=.
则行星的密度ρ==
.可知只要知道卫星的周期,即可求出行星的密度.故C正确.
故选:C.
一颗人造地球卫星离地面高h=3R(R为地球的半径).若已知地地球表面的重力加速度为g,则卫星做匀速圆周运动的速度是______,角速度是______,周期是______,若已知地球的质量为M,万有引力常量为G,则卫星做匀速圆周运动的速度是______,角速度是______,周期是______.
正确答案
解析
解:由题意知,卫星的轨道半径r=R+h=4R
在地球表面有:
可得GM=gR2
根据万有引力提供圆周运动向心力有:
可得卫星的运动速度
卫星运动的角速度
卫星运动的周期T==
若已知地球的质量为M,万有引力常量为G,根据万有引力提供圆周运动向心力有:
可得卫星的运行速度v==
卫星运动的角速度=
卫星运动的周期T==
故答案为:,
,
,
,
,
.
2013年12月2日1时30分,我国成功发射了“嫦娥三号”探月卫星,引起了新一轮的“探月”热潮,“嫦娥三号”绕月球的运动可以近似看做是匀速圆周运动.若月球半径R,月球表面的重力加速度为g0,求:
(1)“嫦娥三号”在半径为3R的圆轨道上运行时,其速度v为多大?
(2)“嫦娥三号”绕月球运动的周期为T时,其轨道半径r为多大?
正确答案
解:(1)在月球表面的物体受到的重力等于万有引力----①
在半径为3R的圆轨道上运行时,万有引力提供向心力----②
由①②得:
(2)根据万有引力提供向心力----③
由①③得:
答:(1)“嫦娥三号”在半径为3R的圆轨道上运行时,其速度为.(2)“嫦娥三号”绕月球运动的周期为T时,其轨道半径为
.
解析
解:(1)在月球表面的物体受到的重力等于万有引力----①
在半径为3R的圆轨道上运行时,万有引力提供向心力----②
由①②得:
(2)根据万有引力提供向心力----③
由①③得:
答:(1)“嫦娥三号”在半径为3R的圆轨道上运行时,其速度为.(2)“嫦娥三号”绕月球运动的周期为T时,其轨道半径为
.
甲、乙为两颗地球卫星,其中甲为地球同步卫星,乙的运行高度低于甲的运行高度,两卫星轨道均可视为圆轨道.以下判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、C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:
F=F向
F=G
F向=m=mω2r=m(
)2r
因而=m
=mω2r=m(
)2r=ma
解得:
v=…①
T=…②
a=…③
由①②③式可以知道,人造卫星的轨道半径越大,线速度越小、周期越大,加速度越小,由于甲卫星的高度大,轨道半径大,故甲卫星的线速度小、周期大,加速度小;根据①式,第一宇宙速度是近地圆轨道的环绕速度,也是圆轨道运行的最大速度;则C正确
D、甲只能在赤道上空,则D错误
故选:C
如图所示,人造卫星A、B在同一平面内绕地心O做匀速圆周运动.已知A、B连线与A、O连线间的夹角最大为θ,则卫星A、B的角速度之比
等于( )
正确答案
解析
解:人造卫星A、B在同一平面内绕地心O做匀速圆周运动.已知A、B连线与A、O连线间的夹角最大为θ,如图:
根据几何关系有RB=RAsinθ
根据开普勒第三定律有:=
所以:=
=
=
故选:C.
2005年12月11日,有着“送子神”之称的小行星“婚神”冲日,在此后约10多天时间里,天文爱好者凭借双筒望远镜可观测到它的“倩影”.在太阳系中除了九大行星以外,还有成千上万颗肉眼看不见的小天体,沿着椭圆轨道不停地围绕太阳公转.这些小天体就是太阳系中的小行星.冲日是观测小行星难得的机遇.此时,小行星、太阳、地球几乎成一条直线,且和地球位于太阳的同一侧.如图8所示为“婚神”冲日的虚拟图,则( )
正确答案
解析
解:A、万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,由图示可知,婚神星的轨道半径大于地球的轨道半径,则“婚神”星线速度小于地球的线速度,故A错误;
B、万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=ma,解得:a=
,由图示可知,婚神星的轨道半径大于地球的轨道半径,“婚神”星的加速度小于地球的加速度,故B正确;
C、万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
r,解得:T=2π
,由图示可知,婚神星的轨道半径大于地球的轨道半径,“婚神”星的周期大于地球的周期,地球的周期为1年,“婚神”星的周期大于地球的周期,所以下一个“婚神”星冲日必将在2006年12月11日之后的某天发生.故C错误,D正确.
故选:BD.
(2016•温州模拟)2013年6月20日上午10:04至10:55“神舟10号”飞船上的航天员王亚平在聂海胜、张晓光的配合下,完成了我国首次太空授课任务.已知在整个授课的过程中,“神舟10号”飞船绕地球运行约半周,那么飞船与同步通讯卫星在轨道上正常运转时相比,飞船( )
正确答案
解析
解:A、由题意可知,飞船的周期T=2×51min=102min,同步卫星的周期为24h,则飞船运转的周期较小,故A错误.
B、根据得:T=
,a=
,v=
,因为飞船的周期小,则飞船的轨道半径小,可知离地面的高度较小,线速度较大,向心加速度较大,故B正确,CD错误.
故选:B.
我国2010年10月1号成功发射了探月卫星“嫦娥二号”.嫦娥二号卫星绕月工作轨道可近似看作圆轨道,已知其轨道高度为h,运行周期为T,月球平均半径为R,则嫦娥二号卫星绕月运行的加速度大小为______,月球表面的重力加速度大小为______.
正确答案
解析
解:由题意知嫦二号的轨道半径r=R+h,圆周运动的周期为T,则其向心加速度为:
a==
由万有引力提供圆周运动向心力:
知月球的质量为:M=
在月球表面重力与万有引力相等,
所以月球表面的重力加速度为:g==
故答案为:,
.
已知一颗人造卫星在半径为R的某行星上空绕该行星做匀速圆周运动,经过时间t,卫星运动的弧长为s,卫星与行星的中心连线扫过的角度是θ弧度,已知万有引力常量为G.求:(以下各问均用题中所给字母表示)
(1)人造卫星运行时的线速度、角速度、及距该行星表面的高度h;
(2)该行星的质量M;
(3)该行星的第一宇宙速度 vl.
正确答案
解:(1)根据线速度的定义得
根据角速度的定义得
根据角速度与线速度的关系得
所以该卫星距离该行星表面的高度为
(2)根据万有引力提供向心力
得
把v和r的值代入,化简得
(3)当卫星贴近该行星表面飞行时,万有引力提供向心力
得
把M的值代入,化简得
答:(1)人造卫星运行时的线速度为、角速度为
、距该行星表面的高度h为
;
(2)该行星的质量M为;
(3)该行星的第一宇宙速度 vl为.
解析
解:(1)根据线速度的定义得
根据角速度的定义得
根据角速度与线速度的关系得
所以该卫星距离该行星表面的高度为
(2)根据万有引力提供向心力
得
把v和r的值代入,化简得
(3)当卫星贴近该行星表面飞行时,万有引力提供向心力
得
把M的值代入,化简得
答:(1)人造卫星运行时的线速度为、角速度为
、距该行星表面的高度h为
;
(2)该行星的质量M为;
(3)该行星的第一宇宙速度 vl为.
2012年,我国宣布北斗导航系统正式进入商业运行.北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星组成,该系统具有导航、定位等功能,如图为“北斗”系统中某一工作卫星,它绕地心做匀速圆周运动,轨道半径为r,某时刻位于轨道上的A位置,若卫星顺时针运行,经过一段时间运动到B位置,且与地球连线的夹角为60°,地球表面处的重力加速度为g,地球半径为R,万有引力常数为G.求:
(1)地球的质量;
(2)此卫星在轨道上的加速度大小和线速度大小;
(3)此卫星由位置A运动至B需要的时间.
正确答案
解:(1)设地表物体的质量为m0,重力等于其万有引力,则
解得:M=
(2)设卫星质量为m,则有:
解得:a=
又因为GM=gR2(黄金代换),
则
而
解得:
(3)由得:T=
,又因为GM=gR2(黄金代换),
则
则卫星由A位置运动到B位置的时间t=
答:(1)地球的质量为;
(2)此卫星在轨道上的加速度大小为,线速度大小为
;
(3)此卫星由位置A运动至B需要的时间为.
解析
解:(1)设地表物体的质量为m0,重力等于其万有引力,则
解得:M=
(2)设卫星质量为m,则有:
解得:a=
又因为GM=gR2(黄金代换),
则
而
解得:
(3)由得:T=
,又因为GM=gR2(黄金代换),
则
则卫星由A位置运动到B位置的时间t=
答:(1)地球的质量为;
(2)此卫星在轨道上的加速度大小为,线速度大小为
;
(3)此卫星由位置A运动至B需要的时间为.
一颗绕地球运转的卫星,距地面高度为h.已知地球半径为R,地面重力加速度为g.则这颗卫星运转的线速度大小______.
正确答案
解析
解:设卫星的质量为m,地球的质量为M,
根据万有引力等于向心力得 =
根据几何关系 r=R+h
设在地球表面有一质量为m‘的物体,根据万有引力定律得=m′g
联立上述三式,求出卫星的线速度v=
故答案为:.
2003年10月15日9时整,中国第一艘载人飞船“神舟五号”由“长征2号F”运载火箭从甘肃酒泉卫星发射中心发射升空,10分钟后,成功进入预定轨道,中国首位航天员杨利伟,带着中国人的千年企盼梦圆浩瀚太空,中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家.
(1)火箭在加速上升过程中宇航员处于______状态(选填“超重”或“失重”).由于地球在自西向东不停地自转,为节省燃料,火箭在升空后,应向______方向飞行(选填“偏东”、“偏西”).
(2)目前中国正在实施“嫦娥一号”登月工程,已知月球表面没有空气,没有磁场,引力为地球的,假如登上月球,你能够______(填代号)
A.用指南针判断方向
B.轻易跃过3米高度
C.乘坐热气球探险
D.做托里拆利实验时发现内外水银面高度差为76cm.
正确答案
超重
偏东
B
解析
解:(1)①在火箭竖直向上加速运动的过程中,人也有向上的加速度,由向上的合力,处于超重状态.
②因为地球是自西向东自转的,由于惯性的存在,所以火箭向东发射可以节省燃料.
(2)A、月球上无磁场,指南针不受磁场力的作用,所以在月球上不能用指南针辨别方向,不符合题意;
B、重力为地球上的六分之一,故可以轻易跃过3米高度.符合题意;
C、月球上没有空气,热气球无法起飞.不符合题意;
D、月球上没有空气,因此不会产生大气压,所以在月球上不能用原来的设备做托里拆利实验,不符合题意;
故答案为:(1)超重,偏东.(2)B.
现有两颗绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星A和B,它们的轨道半径分别为rA和rB.如果rA>rB.则( )
正确答案
解析
解:=mrω2,知a=
,v=
,ω=
,T=
,知轨道半径越大,线速度越小,角速度越小,向心加速度越小,周期越大.故A正确,B、C、D错误.
故选A.
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