- 万有引力与航天
- 共16469题
地球人造卫星绕地球做匀速圆周运动,其飞行速率( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动的向心力有:
可得卫星的线速度,当r取地球半径R时,对应速度为第一宇宙速度,故有:
第一宇宙速度7.9km/s是近地卫星的环绕速度,也是最大的圆周运动的环绕速度,地球人造卫星绕地球做匀速圆周运动,其飞行速率小于7.9km/s或近似等于7.9km/s.
故选:B.
土星的卫星很多,现已发现数十颗,这些卫星的运动可视为绕土星的匀速圆周运动.表是有关土卫五和土卫六两颗卫星的一些参数.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、根据万有引力提供向心力
=m
=m
得v=,T=2π
,土卫六的轨道半径大于土卫五的轨道半径,则土卫六的周期大,线速度小,故A错误,B正确;
C、在卫星表面,万有引力等于重力,有:
mg=G
解得:g=G∝
则:≈0.21
所以土卫五表面的重力加速度比土卫六的小.故C错误;
D、根据F=G,知土星对土卫五和土卫六的万有引力之比为
=
•
=0.099≈
,故D正确.
故选:BD
如图所示,A为静止于地球赤道上的物体,B为绕地球做椭圆轨道运行的卫星,C为绕地球做圆周运动的卫星,P为B、C两卫星轨道的交点.已知A、B、C绕地心运动的周期都相同,则( )
正确答案
解析
解:A、B、物体A静止于地球赤道上,随地球一起自转做匀速圆周运动,卫星C为绕地球做圆周运动,它们绕地心运动的周期相同,由v=分析可知,卫星的速度与半径成正比,则知相对于地心,卫星C的运行速度大于物体A的速度.故AB均错误.
C、D、卫星B和C由于地球的万有引力而产生加速度,根据牛顿第二定律,有a==
,r是卫星到地心的距离,M是地球的质量.两卫星经过P点时,r相同,则卫星B与卫星C的加速度相等,故C错误,D正确;
故选D.
如图所示,三颗质量均为m的卫星a、b、c在同一平面内绕地球做匀速圆周运动,其中b、c在地球的同步轨道上,a距离地球表面的高度为R,此时a、b恰好相距最近.已知地球的半径为R、地球自转的角速度为ω,地球表面重力加速度为g,则( )
正确答案
解析
解:A、卫星b绕地球做匀速圆周运动,7.9km/s是指在地球上发射的物体绕地球飞行作圆周运动所需的最小初始速度,11.2km/s是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度.所以发射卫星b时速度大于7.9km/s,而小于 11.2km/s,故A错误;
B、根据万有引力提供向心力
=
a距离地球表面的高度为R,r=2R
根据万有引力等于重力得
=mg
解得v=
卫星a在赤道正上方且动能为mgR,故B错误;
C、b、c在地球的同步轨道上,所以卫星b、c和地球具有相同的周期和角速度.
由万有引力提供向心力,即=mω2r
ω=
a距离地球表面的高度为R,所以卫星a的角速度ωa=
此时a、b恰好相距最近,到卫星a和b下一次相距最近,
(ωa-ω)t=2π
t=,故C正确;
D、让卫星c加速,所需的向心力增大,由于万有引力小于所需的向心力,卫星c会做离心运动,离开原轨道,所以不能与b实现对接,故D错误;
故选:C.
甲乙两颗人造地球卫星,离地面的高度分为R和2R(R为地球半径),质量分别为m和3m,他们都绕地球做匀速圆周运动:
(1)他们的周期之比T甲:T乙=______
(2)他们的线速度之比______
(3)他们的角速度之比______
(4)他们的向心加速度之比______
(5)他们所受地球引力之比______.
正确答案
2:3
:
3:2
9:4
3:4
解析
解:根据万有引力提供圆周运动的向心力列出等式,F==m
=m
=ma=mω2r,
甲乙两颗人造地球卫星,离地面的高度分为R和2R(R为地球半径),甲乙两颗人造地球卫星的轨道半径之比r甲:r乙=2:3.
(1)周期T=2π,他们的周期之比T甲:T乙=2
:3
,
(2)线速度v=,他们的线速度之比v甲:v乙=
:
,
(3)角速度ω=,他们的角速度之比ω甲:ω乙=3
:2
,
(4)向心加速a=,他们的向心加速度之比a甲:a乙=9:4,
(5)所受地球引力F=,他们所受地球引力之比F甲:F乙=3:4.
故答案为:(1)2:3
(2):
(3)3:2
(4)9:4
(5)3:4
神舟七号载人飞船进入预定轨道后,经过2天20小时20分,绕地球飞行了四十五圈,期间我国航天员首次进行空间出舱活动(如图所示).已知万有引力常量G,地球表面的重力加速度g,地球的半径R.神舟七号飞船太空飞行近似为圆周运动.则下列论述正确的是( )
正确答案
解析
解:A 由已知条件可先求得周期T,由GM=gR2,可求r,则高度为r-h.故A正确.
B 由GM=gR2,结合a=,可求得加速度.故B正确.
C 飞船返回舱打开减速伞下降的过程中,有向上的加速度,处于超重状态.故C错误.
D 神舟七号飞船绕地球的轨道半径小于月球的轨道半径.则其速度大于月球的速度.故D错误
故选:AB
“月球勘探者号”空间探测器运用高科技手段对月球进行了近距离勘探,在月球重力分布、磁场分布及元素测定方面取得了新的成果.月球上的磁场极其微弱,通过探测器拍摄电子在月球磁场中的运动轨迹,可分析月球磁场的强弱分布情况.如图是探测器通过月球表面①、②、③、④四个位置时,拍摄到的电子运动轨迹照片(尺寸比例相同),设电子速率相同,且与磁场方向垂直,则可知磁场从强到弱的位置排列正确的是( )
正确答案
解析
解:电子在月球磁场中做匀速圆周运动的半径为r=,m、q、v相同,半径r与磁感应强度B成反比.由图看出,从①→④电子的轨迹半径依次增大,则磁场依次减弱,则得磁场从强到弱的位置排列顺序是①②③④.故A正确.
故选:A.
两颗行星A、B绕太阳做匀速圆周运动,周期之比为Ta:TB=1:8,求A、B的轨道半径之比和运动速率之比.
正确答案
解:(1)由开普勒第三定律,
所以
解得
(2)速度与周期的关系
所以
答:A、B的轨道半径之比为1:4,运动速率之比为2:1.
解析
解:(1)由开普勒第三定律,
所以
解得
(2)速度与周期的关系
所以
答:A、B的轨道半径之比为1:4,运动速率之比为2:1.
两颗人造地球卫星A、B绕地球做匀速圆周运动的轨道半径之比rA:rB=1::4,则它们的线速度大小之比vA:vB=______,向心加速度大小之比aA:aB=______.
正确答案
2:1
16:1
解析
解:根据万有引力提供向心力得出:
=m
=ma
卫星A、B绕地球做匀速圆周运动的轨道半径之比rA:rB=1:4,
速度v=,则它们的线速度大小之比vA:vB=
=2:1.
向心加速度a=,向心加速度大小之比aA:aB=
=16:1.
故答案为:2:1,16:1
嫦娥二号卫星由地面发射后,进入地月转移轨道,经多次变轨最终进入距离月球表面100公里,周期为118分钟的工作轨道,开始对月球进行探测,则下列说法错误的是( )
正确答案
解析
解:A、第一宇宙速度为v:,解得:
,第一宇宙速度的轨道半径等于月球的半径,小于轨道Ⅲ的半径大小,所以卫星在轨道Ⅲ上的运动速度比月球的第一宇宙速度小.故A正确;
B、据开普勒第三定律知,轨道Ⅲ的半径小于轨道Ⅰ的半长轴,所以卫星在轨道Ⅲ上的运动周期比在轨道Ⅰ上短.故B正确;
C、卫星在轨道Ⅲ上的P点需加速做离心运动可以进入轨道Ⅰ,所以卫星在轨道Ⅲ上经过P点的速度比在轨道Ⅰ上经过P点时小.故C错误;
D、卫星在在轨道Ⅱ上和在轨道Ⅰ上经过P时所受万有引力相等,所以加速度也相等.故D正确.
本题选择错误的是,故选:C.
“轨道康复者”是“垃圾”卫星的救星,被称为“太空110”,它可在太空中给“垃圾”卫星补充能源,延长卫星的使用寿命.假设“轨道康复者”的轨道半经为地球同步卫星轨道半径的五分之一,其运动方向与地球自转方向一致,轨道平面与地球赤道平面重合,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、“轨道康复者”要在原轨道上减速,做近心运动,才能“拯救”更低轨道上的卫星.故A错误.
B、因为“轨道康复者”绕地球做匀速圆周运动的周期小于同步卫星的周期,则小于地球自转的周期,所以“轨道康复者”的角速度大于地球自转的角速度,站在赤道上的人用仪器观察到“轨道康复者”向东运动.故B错误.
C、根据得:v=
,因为“轨道康复者”绕地球做匀速圆周运动时的轨道半径为地球同步卫星轨道半径的五分之一,则“轨道康复者”的速度是地球同步卫星速度的
倍.故C错误.
D、根据得:a=
,因为“轨道康复者”绕地球做匀速圆周运动时的轨道半径为地球同步卫星轨道半径的五分之一,则“轨道康复者”的加速度是地球同步卫星加速度的25倍.故D正确.
故选:D
2000年1月26日我国发射了一颗同步卫星,其定点位置与东经98°的经线在同一平面内,若把甘肃省嘉峪关处的经度和纬度近似取为98°和北纬α=40°,已知地球半径R、地球自转周期T、地球表面重力加速度g(视为常量)和光速c.试求该同步卫星发出的微波信号传到嘉峪关处的接收站所需的时间(要求用题给的已知量的符号表示).
正确答案
解:设m为卫星质量,M为地球质量,r为卫星到地球中心的距离,ω为卫星绕地心转动的角速度,
由万有引力定律和牛顿定律有,①
式中G为万有引力恒量,因同步卫星绕地心转动的角速度ω与地球自转的角速度相等,
有ω= ②
得GM=gR2③
设嘉峪关到同步卫星的距离为L,如图1所示,由余弦定理
L= ④
t=所求时间为 ⑤
由以上各式得
t= ⑥
答:该同步卫星发出的微波信号传到嘉峪关处的接收站所需的时间为.
解析
解:设m为卫星质量,M为地球质量,r为卫星到地球中心的距离,ω为卫星绕地心转动的角速度,
由万有引力定律和牛顿定律有,①
式中G为万有引力恒量,因同步卫星绕地心转动的角速度ω与地球自转的角速度相等,
有ω= ②
得GM=gR2③
设嘉峪关到同步卫星的距离为L,如图1所示,由余弦定理
L= ④
t=所求时间为 ⑤
由以上各式得
t= ⑥
答:该同步卫星发出的微波信号传到嘉峪关处的接收站所需的时间为.
如图所示,A为离地高度为R的人造地球卫星,B为地球同步卫星.设卫星A的速度大小为VA、周期为TA、机械能为EA,卫星B的速度大小为VB、周期为TB、机械能为EB.则下列关系正确的是( )
正确答案
解析
解:卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力;
A、由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,由于rA<rB,则:VA>VB,故A正确;
BC、由牛顿第二定律得:G=m
r,解得:T=2
,由于rA<rB,则TA<TB,故B错误,C正确;
D、卫星的机械能:E=EK+EP=-,由于不知道卫星间的质量关系,无法判断它们机械能间的关系,故D错误;
故选:AC.
2013年12月14日21时11分,嫦娥三号探测器完美着陆月球虹湾地区.如图所示为探测器登月的模拟图,探测器在控制点开始进入登月轨道,假设探测器着陆前绕月球做圆周运动的轨道半径为r,周期为T,引力常量为G.根据以上信息可以求出( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供圆周运动向心力可计算出中心天体的质量,则环绕天体的探测器的质量无法求出,
B、因为不知探测器的质量,根据万有引力定律不能求出月球对探测器的引力,
C、根据探测器圆周运动可以求出月球的质量,但不知月球表面的半径,故无法求得月球表面的重力加速度,
D、根据万有引力提供圆周运动向心力可得月球质量M=
,
故选:D
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处于地面附近的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,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,根据a=ω2r得c的向心加速度大于a的向心加速度.故A错误;
B、由=m
得v=,卫星的半径越大,速度越小,所以b的速度最大,在相同时间内转过的弧长最长.故B正确;
C、c是地球同步卫星,周期是24h,则c在4h内转过的圆心角是.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:BC.
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