- 万有引力与航天
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某些卫星因能量耗尽而报废,成为太空垃圾,被称为“垃圾卫星”.“轨道康复者”简称“CX”,是“垃圾卫星”的救星,它可在太空中给“垃圾卫星”补充能量,延长卫星的寿命.假设“CX“正在地球赤道平面内的圆周轨道上运行,运行方向与地球自转方向一致,轨道半径为地球同步卫星轨道半径的,则( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力,得
,“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,知“轨道康复者”的加速度是地球同步卫星速度的
倍,故A正确.
B、根据万有引力提供向心力,得
,“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,知“轨道康复者”的加速度是地球同步卫星加速度的25倍,故B错误.
C、轨道半径越大,角速度越小,同步卫星和地球自转的角速度相同,所以空间站的角速度大于地球自转的角速度,所以站在地球赤道上的人观察到cx向东运动.故C错误.
D、“轨道康复者”要在原轨道上加速将会做离心运动,到更高的轨道上,故D错误.
故选:A.
一个人在某天体上以速率v0竖直上抛一物体,经t秒落回抛出点,此天体半径为R,若在此天体上发射一颗卫星,环绕此天体表面运动时,卫星速率大小为______.
正确答案
解析
解:令某天体表面重力加速度为g,物体做竖直上抛运动,根据运动学规律有:
2v0=gt…①
在某天体表面处物体万有引力等于重力得:mg=…②
若在此天体上发射一颗卫星,环绕此天体表面运动时,根据万有引力提供向心力得:
=m
…③
由①②③解得:v=
答:在此天体上发射一颗卫星,环绕此天体表面运动时,卫星速率大小为.
质量为m的人造地球卫星,在环绕地球的椭圆轨道上运行,在运行过程中它的速度最大值为vm,当卫星由远地点运行到近地点的过程中,地球引力对它做的功为W,则卫星在近地点处的速度为______,在远地点处的速度为______.
正确答案
vm
解析
解:人造地球卫星在从近地点向远地点运行的过程中,速度逐渐减慢,动能减小,宇宙飞船在近地点的速度为vm.
从远地点运行到近地点的过程中只有重力做功,根据动能定理得:
解得:.
故答案为:vm,.
2003年10月15日我国利用“神舟”五号飞船将1名字航员送入太空,中国成为继俄罗斯、美国之后第三个掌握载人航天技术的国家.设宇航员测出自己绕地球球心做匀速圆周运动的周期为T,离地面的高度为H,地球半径为R.则根据T、H、R和万有引力恒量G,宇航员不能计算出下面哪一项( )
正确答案
解析
解:A、人造地球卫星做匀速圆周运动,万有引力等于向心力
F引=F向
=
解得:M=,故A错误.
B、地球密度 ρ==
,故B错误;
C、由于缺少卫星质量,引力大小无法算出,故C正确;
D、v=,故D错误.
故选C.
如图所示是我国发射的某卫星的飞行轨迹图的一部分.该卫星在发射过程中经过四次变轨进入同步轨道.第四次变轨示意过程如图所示.卫星先沿椭圆轨道I飞行,后在远地点P处实现变轨,进入同步轨道Ⅱ.对该卫星的运动下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据开普勒第三定律,椭圆轨道的周期小于圆轨道Ⅱ的周期,圆轨道Ⅱ为同步卫星轨道,周期等于24小时.所以椭圆轨道I上运行一周的时间小于24小时.故A正确.
BD、在轨道Ⅰ上的P点速度较小,万有引力大于所需要的向心力,会做近心运动,要想进入圆轨道Ⅱ,需加速,使万有引力等于所需要的向心力.所以在轨道I经过P点的速度小于在轨道Ⅱ上经过P点时的速度,轨道I上的机械能小于轨道Ⅱ上的机械能.故BD错误.
C、在轨道I和轨道Ⅱ上经过P点时所受的万有引力相等,所以加速度相等.故C错误.
故选:A.
质量为m的人造地球卫星在地面上的重力为G0,它在距地面高度等于2倍于地球半径R的轨道上做匀速圆周运动,则该卫星的( )
正确答案
解析
解:A、根据得,解得线速度v=
,由于GM=
,所以v=
.则物体的动能为
.故A错误,C错误.
B、根据得,周期T=2π
,由于GM=
,所以T=6π
.故B正确,D错误.
故选B.
北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统.如图所示,北斗卫星导航系统中的两颗工作卫星1、2均绕地心做顺时针方向的匀速圆周运动,轨道半径为r,某时刻两颗工作卫星分别位于同一圆轨道上的A、B两位置.已知地球表面附近的重力加速度为g,地球半径为R,不计卫星间的相互作用力.则以下判断中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星1向后喷气时需要加速,所需要的向心力增大,而万有引力不变,卫星将做离心运动,轨道半径增大,不可能追上卫星2,故A错误.
B、卫星做圆周运动,由万有引力提供向心力,=m
r
T=2π,①
根据地球表面万有引力等于重力列出等式:=mg,②
由①②得T=2π,卫星1由位置A运动到位置B所需的时间为t=
=
,故B正确;
C、由于卫星甲和卫星乙的质量不一定相等,所以地球对两颗卫星的万有引力大小不一定相等,故C错误;
D、根据万有引力提供向心力,有
=ma
a=,所以卫星1在圆轨道上经过位置A的加速度等于在椭圆轨道上经过位置A的加速度,故D错误;
故选:B.
假如卫星绕行星做匀速圆周运动,卫星离行星表面越近,则( )
正确答案
解析
解:D、根据万有引力提供向心力,有:;
解得:;当r变小时,v变大,故D正确;
C、角速度ω==
,故r越小,角速度越大,故C错误;
A、周期T==2π
,故r越小,周期T越小,故A错误;
B、向心加速度越小an==
,故r越小,向心加速度越大,故B错误;
故选D.
如图所示,现有a、b、c三颗人造卫星绕地球做匀速圆周运动,关于a、b、c三颗人造卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:据万有引力提供圆周运动向心力有:
A、卫星的线速度v=可得a卫星半径比较b卫星小,运行速度大,故A错误;
B、卫星的周期T=可得,b和c卫星的半径相等,故周期大小相等,故B正确;
C、向心加速度a=可得a卫星的半径小向心加速度大,故C错误;
D、据向心力可知,b和c卫星的轨道半径相等,但两卫星的质量未知,故不能得出两卫星的向心力大小相等,故D错误.
故选:B.
我国未来将建立月球基地,并在绕月轨道上建造空间站.如图所示,关闭发动机的航天飞机在月球引力作用下沿椭圆轨道向月球靠近,并将在椭圆的近月点B处与空间站对接.已知各空间站绕月轨道为r,周期为T,万有引力常量为G,月球的半径为R.那么:
(1)航天飞机到达B处由椭圆轨道进入空间站轨道时必须______(填加速,减速).
(2)月球的质量为M=______.
(3)月球的第一宇宙速度______ (填是或不是).
正确答案
减速
不是
解析
解:(1)要使航天飞机在椭圆轨道的近月点B处与空间站C对接,必须在接近B点时减速.否则航天飞机将继续做椭圆运动.
(2)设空间站的质量为m,由=
得,
.
(3)空间站绕月圆轨道的半径为r,周期为T,其运行速度为,其速度小于月球的第一宇宙速度,所以月球的第一宇宙速度大于
.
故答案:减速,,不是.
(2016•松江区一模)甲、乙两颗绕地球作匀速圆周运动人造卫星,其线速度大小之比为:1,则这两颗卫星的运转半径之比为______,运转周期之比为______.
正确答案
1:2
1:
解析
解:根据,得v=
,
所以:
根据:
得:T=2π.
所以周期之比为:=
故答案为:1:2,1:2
两颗人造地球卫星,质量之比m1:m2=1:2,轨道半径之比R1:R2=3:1,则两颗人造地球卫星周期之比T1:T2=______线速度之比v1:v2=______向心力之比为F1:F2=______向心加速度之比a1:a2=______.
正确答案
:1
1:18
1:9
解析
解:根据万有引力提供向心力
所以
根据万有引力提供向心力,得
,
,
所以
=
=
故答案为::1,
,1:18,1:9.
“神舟七号”宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动,它比地球同步卫星轨道低很多,则“神舟七号”宇宙飞船与同步卫星相比( )
正确答案
解析
解:根据:=
解得:a=,v=
,ω=
,T=
,知宇宙飞船的轨道半径小,向心加速度大,线速度大,角速度大,周期小.故B正确,A、C、D错误.
故选B.
某颗人造地球卫星在赤道平面上空绕地球做匀速圆周运动,当太阳光直射赤道时,该卫星持续被太阳光照亮的时间与太阳光持续照射不到该卫星的时间之比为5:1.已知地球半径为R,地球表面处的重力加速度为g,不考虑大气对光的折射.求:
(1)卫星离地面的高度h
(2)卫星绕地心运动的周期T.
正确答案
解:(1)如图,由光照亮的时间与光照射不到时间比5:1可知:θ=60°
θ设卫星圆周运动半径r,,r=2R
卫星离地面高:h=R
(2)根据万有引力提供向心力:
又:
得:T=4π
答:(1)卫星离地面的高度h为R;
(2)卫星绕地心运动的周期T为4π.
解析
解:(1)如图,由光照亮的时间与光照射不到时间比5:1可知:θ=60°
θ设卫星圆周运动半径r,,r=2R
卫星离地面高:h=R
(2)根据万有引力提供向心力:
又:
得:T=4π
答:(1)卫星离地面的高度h为R;
(2)卫星绕地心运动的周期T为4π.
人类发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点,如右图.关于这颗卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、由轨道知,轨道1的半长轴最小,轨道3的半长轴最大,根据开普勒第三定律知知,T1<T2<T3.故A错误;
B、卫星在轨道1和3上做匀速圆周运动,万有引力提供向心力有,角速度
,知轨道半径大的角速度小,故B错误;
C、卫星在轨道1上做匀速圆周运动,经过P点时万有引力和向心力相等,在轨道2上经过P点时要做离心运动,万有引力小于所需向心力,由于万有引力相等,故在轨道2上经过P点时的速度大,动能大,故C正确;
D、根据卫星变轨原理,在轨道3上圆周运动时,要进入轨道2,需要在两轨道相切点减速,发动机对卫星做负功,使万有引力大于该点圆周运动向心力,从而做近心运动.故D错误.
故选:C.
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