- 万有引力与航天
- 共16469题
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.
某颗同步卫星在赤道上等待发射,随地球做匀速圆周运动时的状态为1状态;发射过程先将它发送到地球的近地轨道上做匀速圆周运动时的状态为2状态(此时可认为其轨道半径等于地球半径);其后通过转移、调控,定点在地球同步轨道上时的状态为3状态.设这三种状态下卫星的质量相同.关于三个状态下各种物理量的比较,下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、状态1和状态3的周期相同,而状态3的半径大,故卫星在状态3的向心力大于卫星在状态1的向心力,故A错误;
B、因为状态1和状态3卫星的周期相同,故而状态3卫星的轨道半径大,故状态3的向心加速度比状态1的向心加速度,故B错误;
C、根据状态1和状态3周期相同,而状态3轨道半径大可知,状态3的线速度大于状态1的线速度,再根据万有引力提供圆周运动向心力可知,半径小的线速度大,故卫星在状态2的速度大于状态3的线速度,故C正确;
D、状态1和状态3的周期相同,故D错误.
故选:C.
如图所示,A是地球的同步卫星,另有一颗质量为m的卫星B,其圆形轨道位于赤道平面内,离地面高度为h.已知地球半径为R,地球自转角速度为ω0,地球表面的重力加速度为g,O为地球中心.求:
(1)卫星B运行周期.
(2)卫星B运动的动能.
(3)如卫星B绕行方向与地球自转方向相同,某时刻A、B两卫星相距最近(O、B、A在同一直线上),则至少经过多长时间,它们再一次相距最近?
正确答案
解:(1)由万有引力定律和向心力公式得
=m
,
r=R+h
在地球表面有:G=mg②
联立解得:TB=2π
(2)根据地球卫星万有引力提供向心力
=m
v=,r=R+h
卫星B运动的动能Ek=m
=
,
(3)由题意得它们再一次相距最近时,一定是B比A多转了一圈,有:
(ωB-ω0)t=2π
ωB=,
解得:t=.
答:(1)卫星B运行周期是2π.
(2)卫星B运动的动能是.
(3)如卫星B绕行方向与地球自转方向相同,某时刻A、B两卫星相距最近(O、B、A在同一直线上),则至少经过它们再一次相距最近.
解析
解:(1)由万有引力定律和向心力公式得
=m
,
r=R+h
在地球表面有:G=mg②
联立解得:TB=2π
(2)根据地球卫星万有引力提供向心力
=m
v=,r=R+h
卫星B运动的动能Ek=m
=
,
(3)由题意得它们再一次相距最近时,一定是B比A多转了一圈,有:
(ωB-ω0)t=2π
ωB=,
解得:t=.
答:(1)卫星B运行周期是2π.
(2)卫星B运动的动能是.
(3)如卫星B绕行方向与地球自转方向相同,某时刻A、B两卫星相距最近(O、B、A在同一直线上),则至少经过它们再一次相距最近.
有两颗人造地球卫星A和B,分别在不同的轨道上绕地球做匀速圆周运动,两卫星的轨道半径分别为rA和rB,且rA>rB,则两卫星的线速度关系为vA______vB;两卫星的角速度关系为ωA______ωB、两卫星的周期关系为TA______TB.(填“>”、“<”或“=”)
正确答案
<
<
>
解析
解:根据得,v=
,
,T=
,
因为rA>rB,则vA<vB,ωA<ωB,TA>TB.
故答案为:<,<,>.
设一卫星在离地面高h处绕地球做匀速圆周运动,其动能为Ek1,重力势能为Ep2,与该卫星等质量的另一卫星在离地面高2h处绕地球做匀速圆周运动,其动能为Ek2,重力势能为Ep2,则下列关系式中正确的是( )
正确答案
解析
解:根据,解得v=
,轨道半径越大,线速度越小,所以离地面2h轨道上的动能小于离地面h轨道上的动能,即Ek1>Ek2.高度越高,重力势能越大Ep1<Ep2.卫星从低轨道变轨到高轨道,需点火加速,机械能增加,所以Ek1+Ep1<Ek2+Ep2.故A、D正确,B、C错误.
故选AD.
某人造卫星绕地球做匀速圆周运动,它离地面的高度为h,地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,试求:
(1)卫星的线速度大小;
(2)卫星的向心加速度大小.
正确答案
解:(1)人造卫星绕地球做匀速圆周运动,由万有引力充当向心力可得
对卫星,有
得卫星的线速度
又因为地球表面的物体受到的重力等于万有引力
得GM=R2g
所以
(2)根据万有引力提供向心力
得
所以
答:(1)卫星的线速度大小为;
(2)卫星的向心加速度大小为.
解析
解:(1)人造卫星绕地球做匀速圆周运动,由万有引力充当向心力可得
对卫星,有
得卫星的线速度
又因为地球表面的物体受到的重力等于万有引力
得GM=R2g
所以
(2)根据万有引力提供向心力
得
所以
答:(1)卫星的线速度大小为;
(2)卫星的向心加速度大小为.
当人造卫星进入轨道做匀速圆周运动后,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、人造地球卫星绕地球匀速圆周运动,万有引力提供圆周运动向心力,因为万有引力指向地心,由此可知轨道平面必与地心重合,故A正确;
B、7.9km/s是地球的第一宇宙速度,也是绕地球圆周运动的最大速度,故所有卫星的速率一定不超过7.9km/s,B正确;
C、卫星绕地球匀速圆周运动,卫星内的物体处于完全失重状态,即物体的重力完全提供随卫星绕地球圆周运动的向心力,故不可以用弹簧测力计测出物体所受重力,C错误;
D、根据万有引力提供向心力,即a=,所以卫星运动时的向心加速度等于卫星所在处的重力加速度,故D正确.
故选:ABD.
假如一个作圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍,仍作圆周运动,则( )
正确答案
解析
解:A、当轨道半径变化时,万有引力变化,卫星的角速度随着变化,所以,不能用公式v=rω讨论卫星的线速度变化,故选项A错误.
B、当轨道半径变化时,万有引力变化,卫星的线速度随着变化,所以,不能用公式
讨论卫星的向心力变化,故选项B错误.
C、人造卫星的轨道半径增大到原来的2倍,由公式可知地球提供的向心力将减小到原来的
,故选项C正确.
D、卫星的万有引力提供向心力,即,所以,卫星的线速度
,由此知卫星的轨道半径增大到原来的2倍时,卫星运动的线速度将减小到原来的
,故选项D错误.
故选:C.
如果卫星绕地球运行的轨道可视为圆形,并且卫星距地面的高度远小于地球半径,则卫星轨道半径可近似为地球半径R.设地球质量为M,卫星质量为m,引力常数为G.
求:(1)卫星在地面附近轨道绕地球做匀速圆周运动所需的运行速度;
(2)卫星运行的周期.
正确答案
解:(1)卫星绕地球圆周运动的向心力由万有引力提供,故有:
所以卫星的运行线速度
(2)地球对卫星的万有引力提供卫星圆周运动的向心力,据此有
解得卫星的周期T=
答:(1)卫星在地面附近轨道绕地球做匀速圆周运动所需的运行速度为;
(2)卫星运行的周期为.
解析
解:(1)卫星绕地球圆周运动的向心力由万有引力提供,故有:
所以卫星的运行线速度
(2)地球对卫星的万有引力提供卫星圆周运动的向心力,据此有
解得卫星的周期T=
答:(1)卫星在地面附近轨道绕地球做匀速圆周运动所需的运行速度为;
(2)卫星运行的周期为.
一个作匀速圆周运动的人造地球卫星,若它的轨道半径减小到原来的一半(仍作匀速圆周运动),则( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力为:,
得:,v=
,
,a=
,
当它的轨道半径减小到原来的一半时,线速度增大为原来的倍,角速度增加到原来的
倍,向心加速度增大到原来的4倍,周期将减小到原来的
,故D正确,ABC错误.
故选:D
“嫦娥奔月”的过程可以简化为:“嫦娥一号”升空后,绕地球沿椭圆轨道运动,远地点A距地面高为h1,然后经过变轨被月球捕获,再经多次变轨,最终在距离月球表面高为h2的轨道上绕月球做匀速圆周运动.若已知地球的半径为R1、表面重力加速度为g0,月球的质量为M、半径为R2,引力常量为G,根据以上信息,可以确定( )
正确答案
解析
解:A、因为A点是椭圆轨道上的远地点,万有引力大于所需的向心力,无法求出远地点的速度.故A错误.
B、嫦娥一号在远地点的加速度a==
,根据黄金代换式
,得
.故B正确.
C、根据得,T=
.故C正确.
D、根据,解得
.故D正确.
故选BCD.
三颗人造地球卫星A、B、C绕地球做匀速圆周运动,如图所示,已知MA=MB<MC,则对于三个卫星,正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供圆周运动向心力有可得卫星运行速度
,因为rA<rB=rC,所以vA>vB=vC,故A正确;
B、根据万有引力提供圆周运动向心力有可得卫星运行周期T=
,因为rA<rB=rC,所以TA<TB=TC,故B正确;
C、F=G,已知rA<rB=rC,MA=MB<MC ,可知FA>FB>FC,故C错误;
D、由开普勒第三定律可知,绕同一个中心天体运动的半径的三次方与周期的平方之比是一个定值,即故D正确;
故选:ABD.
据报道,卫星“天链一号03星”于2012年7月25日在西昌卫星发射中心成功发射,经过多次变轨控制后,成功定点于东经16.65°上空的地球同步轨道.关于成功定点后的“天链一号03星”,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由万有引力提供向心力得:G=m
,得v=
,可知卫星的线速度v随轨道半径r的增大而减小,v=7.9 km/s为第一宇宙速度,即卫星围绕地球表面运行的速度;因同步卫星轨道半径比地球半径大很多,因此其线速度应小于7.9 km/s,故A错误;
B、因地球同步卫星与地球自转同步,即周期T、角速度ω与地球自转的相同,因此它相对于地面静止,故B正确.
C、卫星要与地球同步,必须其轨道必须在赤道平面,故C错误.
D、地球同步卫星与地球自转的角速度相同,则卫星的角速度等于静止在赤道上物体的角速度,故D错误.
故选:B
卫星在某圆形轨道上运行的速率为v,周期为T,若轨道半径增大为原来的两倍,卫星的速率变为______,周期变为______.
正确答案
2T
解析
解:根据卫星做匀速圆周运动时万有引力提供向心力得:
F=G=
=
得:
v=
T=2
运行轨道半径变为原来的两倍,则它受到的向心力将变为原来的四分之一,即为,
运行轨道半径变为原来的两倍,则
v′==
T′=2=2
T
故答案为:,2
T
已知x星球质量是地球的8倍,其球体半径是地球的2倍,地球的第一宇宙速度为7.9km/s,地球表面的重力加速度为9.8m/s2,则:
(1)x星球的第一宇宙速度为多大?
(2)x星球表面的重力加速度为多大?
正确答案
解:(1)第一宇宙速度是卫星绕星近表面速度,根据地球对卫星的万有引力提供向心力得:
=m
v=,
x星球质量是地球的8倍,其球体半径是地球的2倍,所以x星球第一宇宙速度是地球的2倍.
地球的第一宇宙速度为7.9km/s,所以x星球的第一宇宙速度为15.8km/s.
(2)根据星球表面物体万有引力等于重力得:
=mg
g=
x星球质量是地球的8倍,其球体半径是地球的2倍,所以x星球重力加速度是地球的2倍.
地球表面的重力加速度为9.8m/s2,所以x星球表面的重力加速度为19.6m/s2.
答:(1)x星球的第一宇宙速度为15.8km/s.
(2)x星球表面的重力加速度为19.6m/s2.
解析
解:(1)第一宇宙速度是卫星绕星近表面速度,根据地球对卫星的万有引力提供向心力得:
=m
v=,
x星球质量是地球的8倍,其球体半径是地球的2倍,所以x星球第一宇宙速度是地球的2倍.
地球的第一宇宙速度为7.9km/s,所以x星球的第一宇宙速度为15.8km/s.
(2)根据星球表面物体万有引力等于重力得:
=mg
g=
x星球质量是地球的8倍,其球体半径是地球的2倍,所以x星球重力加速度是地球的2倍.
地球表面的重力加速度为9.8m/s2,所以x星球表面的重力加速度为19.6m/s2.
答:(1)x星球的第一宇宙速度为15.8km/s.
(2)x星球表面的重力加速度为19.6m/s2.
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