- 万有引力与航天
- 共16469题
同步卫星离地心距离为R,运行速度为v1,加速度为a1,地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2;第一宇宙速度为v2,地球半径为r,则下列比值正确的是( )
正确答案
解析
解:因为同步卫星的周期等于地球自转的周期,所以角速度相等,根据a=rω2得,.
根据万有引力提供向心力,解得
,则
.故A正确,B、C、D错误.
故选:A.
中国某颗数据中继卫星“天链一号01星”2011年x月x日23时35分在西昌卫星发射中心成功发射.中国航天器有了天上数据“中转站”.25分钟后,西安卫星测控中心传来数据表明,卫星准确进入预定的飞行轨道.若“天链一号01星”沿圆形轨道绕地球飞行的半径为R,国际空间站沿圆形轨道绕地球匀速圆周运动的半径为R′,且R′>R.根据以上信息可以确定( )
正确答案
解析
解:根据,得:
A、a=,因为R′>R,所以国际空间站的加速度比“天链一号01星”小,故A错误;
B、v=,因为R′>R,国际空间站的线速度比“天链一号01星”小,故B错误;
C、周期T=,因为R′>R,国际空间站的周期比“天链一号01星”长,故C正确;
D、,因为R′>R,国际空间站的角速度比“天链一号01星”小,故D正确.
故选:CD
质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行,其运动视为匀速圆周运动,已知月球质量为M,月球半径为R,月球表面重力加速度为g,引力常量为G,不考虑月球自转的影响,则航天器的( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供卫星做圆周运动的向心力和万有引力等于重力得出:
A、,解得线速度v=
,故A错误;
B、得:v=
,故B正确;
C、得:周期T=2π
,故C正确;
D、得:a=
,故D错误,
故选:BC
有一颗与同步卫星在同一轨道平面的人造卫星,自西向东绕地球运行.已知它的运行半径为同步卫星轨道半径的四分之一,地球自转周期为T0,则该卫星需要相隔多长时间才在同一城市的正上方再次出现( )
正确答案
解析
解:设地球的质量为M,卫星的质量为m,运动周期为T,因为卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供,
=
T=2π
同步卫星的周期与地球自转周期相同,即为T0.
已知该人造卫星的运行半径为同步卫星轨道半径的四分之一,
所以该人造卫星与同步卫星的周期之比是=
=
解得T=T0.
设卫星至少每隔t时间才在同一地点的正上方出现一次,
根据圆周运动角速度与所转过的圆心角的关系θ=ωt得:
t=2π+
t
解得:t=,即卫星至少每隔
时间才在同一地点的正上方出现一次.
故选:C.
我国自主研制的北斗卫星导航系统包括5颗静止轨道卫星(同步卫星)和30颗非静止轨道卫星,将为全球用户提供高精度、高可靠性的定位、导航服务.
A为地球同步卫星,质量为m1;B为绕地球做圆周运动的非静止轨道卫星,质量为m2,离地面高度为h.已知地球半径为R,地球自转周期为T0,地球表面的重力加速度为g.
求:(1)卫星A运行的角速度;
(2)卫星B运行的线速度.
正确答案
解:(1)同步卫星A的周期与地球自转周期相等,所以卫星A运行的角速度为.
(2)卫星B绕地球做匀速圆周运动,设地球质量为M,根据万有引力定律和牛顿运动定律,有:
在地球表面有:
联立解得:
答:(1)卫星A运行的角速度为;
(2)卫星B运行的线速度为.
解析
解:(1)同步卫星A的周期与地球自转周期相等,所以卫星A运行的角速度为.
(2)卫星B绕地球做匀速圆周运动,设地球质量为M,根据万有引力定律和牛顿运动定律,有:
在地球表面有:
联立解得:
答:(1)卫星A运行的角速度为;
(2)卫星B运行的线速度为.
我国发射的风云一号气象卫星是极地卫星,卫星飞过两极上空,其轨道平面与赤道平面垂直,周期为12h;我国发射的风云二号气象卫星是地球同步卫星,周期是24h,由此可知,两颗卫星相比较( )
正确答案
解析
解:A、B、由题,“风云一号”气象卫星的周期小于“风云一号”气象卫星的周期,根据公式=k分析得知,“风云一号”气象卫星半径r较小,距地面较近.故A正确,B错误;
C、D、G是常量,M是地球的质量,不变,“风云一号”气象卫星半径r较小,由公式v=,“风云一号”气象卫星的运动速度较大,故C正确,D错误;
故选AC.
在低轨道运行的人造卫星,由于受到空气阻力的作用,卫星的轨道半径不断缩小,运行中卫星的( )
正确答案
解析
解:卫星在阻力的作用下,要在原来的轨道减速,万有引力将大于向心力,物体会做向心运动,轨道半径变小,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,
由F==m
=mω2r=m
r
解得:ω=,v=
,T=2π
,
轨道半径会逐渐减小,角速度逐渐增大,线速度增大,周期减小,向心力增大,故ABC正确,D错误;
故选:ABC
2011年9月29日21时16分我国第一个空间实验室“天宫一号”发射升空,并成功进入约350公里的圆轨道,绕行485圈后,降轨至高度约为343公里的圆轨道.11月24日发射的在近地点200公里、远地点330公里的预定轨道飞行的“神舟八号”飞船与“天宫一号”成功对接.关于“天宫一号”与“神舟八号”的说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动的向心力有:
A、对接前神舟八号的轨道半径小于天宫一号的轨道半径R神<R天,故有T神<T天,故A正确;
B、天宫一号降轨前的轨道半径远小于同步卫星的轨道高度,故有v天>v同,故B错误;
C、因为卫星在高的轨道上有比低轨道上高的机械能,故向高轨道发射卫星难度大,发射速度要大,故天宫一号降轨后与降轨前相比,动能增大,势能减小,而整个机械能减小,故C错误;
D、飞船加速后会做离心运动,轨道高度将会更高,故神舟八号应该在较低轨道加速,通过离心运动抬高轨道实现与天宫一号的对接,故D错误.
故选A.
如图所示,某卫星S绕地球做周期为T的匀速圆周运动,地球相对于卫星S的张角为θ.地球视为质量分布均匀的球体,其表面重力加速度为g,引力常量为G.求:
(1)卫星S的速度大小;
(2)地球的第一宇宙速度.
正确答案
解:(1)由题意令卫星的轨道半径为r,地球的半径为R,根据几何关系可知,
r=
根据万有引力提供向心力得:=m
r
T=2π
根据万有引力等于重力,有:=mg,
联立解得:R=,r=
卫星S的速度大小为:v==
sin2
,
(2)根据万有引力提供向心力得:
mg=m
v==
,
答:(1)卫星S的速度大小是sin2
;
(2)地球的第一宇宙速度是.
解析
解:(1)由题意令卫星的轨道半径为r,地球的半径为R,根据几何关系可知,
r=
根据万有引力提供向心力得:=m
r
T=2π
根据万有引力等于重力,有:=mg,
联立解得:R=,r=
卫星S的速度大小为:v==
sin2
,
(2)根据万有引力提供向心力得:
mg=m
v==
,
答:(1)卫星S的速度大小是sin2
;
(2)地球的第一宇宙速度是.
设人造地球卫星绕地球作匀速圆周运动,离地面越高的卫星,则( )
正确答案
解析
解:A、设地球的质量为M,卫星的轨道半径为r,卫星质量为m,线速度为v,
由牛顿第二定律得
G=m
v=
离地面越高,r越大,v越小.故A错误.
B、角速度ω==
,r越大,ω越小.故B错误.
C、向心加速度a==
,r越大,a越小.故C错误.
D、周期T==2πr
,r越大,T越大.故D正确.
故选D.
某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为地球半径R的两倍,卫星的线速度为V,设地面的重力加速度为g,则有( )
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
卫星轨道半径r=2R,卫星所受地球万有引力提供卫星圆周运动向心力有:
可得卫星线速度v=
故选:A.
A、B是两颗不同的行星,各有一颗在其表面附近运行的卫星,若两颗卫星分别绕A、B做匀速圆周运动的周期相等.由此可判断( )
正确答案
解析
解:因 G=m
=mω2r=m(
)2r=ma
解得:v= ①T=
=2π
②ω=
③a=
④式中各的M为行星的质量,r 为行星的半径,也是轨道半径.
则由②式不可能确定出M与r的大小关系.故得A错误,C错误,由①求速度,因M,r不确定,故速度不能确定相等.故B错误,
由 G=m(
)2r 与
可得
.因T相同,则密度相等,故D正确
故选:D
我国发射的“神舟七号”载人飞船,与“神舟六号”船相比,它在较低的轨道上绕地球做匀速圆周运动,如图 所示,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力等于向心力得:
=m
=m
A、v=,轨道半径越小,速度越大,所以“神舟七号”的速率较大,故A正确,B错误;
C、T=2π,轨道半径越小,周期越小.所以“神舟七号”的周期更短,故CD错误;
故选:A.
“神舟五号”载人飞船在绕地球飞行的第5圈进行变轨,由原来的椭圆轨道变为距地面高度为h的圆形轨道.已知地球半径为R,地面处的重力加速度为g.试问飞船在上述圆轨道上运行的周期及速度的大小各是多少?
正确答案
解:设地球质量为 M,飞船质量为 m,速度为 v,周期为 T,由万有引力定律和牛顿第二定律,有
=m
,
r=R+h
得v=,
又因为万有引力等于重力=mg,
得GM=gR2,
所以v=,
根据T==2π
,
答:飞船在上述圆轨道上运行的周期及速度的大小各是2π和
.
解析
解:设地球质量为 M,飞船质量为 m,速度为 v,周期为 T,由万有引力定律和牛顿第二定律,有
=m
,
r=R+h
得v=,
又因为万有引力等于重力=mg,
得GM=gR2,
所以v=,
根据T==2π
,
答:飞船在上述圆轨道上运行的周期及速度的大小各是2π和
.
为节省燃料,天宫一号不开启发动机,只在高层大气阻力的影响下,从362千米的近似圆轨道缓慢变到343千米的圆轨道的过程中,天宫一号的( )
正确答案
解析
解:研究天宫一号绕地球做圆周运动,根据万有引力提供向心力有
解得:
A、天宫一号从362千米的近似圆轨道变到343千米的圆轨道的过程中,轨道半径减小,所以周期减小,故A错误
B、轨道半径减小,所以加速度增大,故B正确
C、轨道半径减小,所以速度增大,故C正确
D、天宫一号从362千米的近似圆轨道变到343千米的圆轨道的过程中,由于受高层大气阻力做负功,所以机械能减小,故D错误
故选BC.
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