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题型: 单选题
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单选题

(2015秋•辽宁期末)2015年9月30日7时13分,西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射第四颗新一代北斗导航卫星.若该星入轨后绕地球做匀速直线运动的轨道半径为r,线速度为v,地球的半径为R,则地球表面的重力加速度的大小为(  )

A

B

C

D

正确答案

A

解析

解:对卫星万有引力提供向心力:G=m ①

  在地表由黄金代换:GM=gR2  ②

  由①②可知:g=,则A正确

故选:A

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题型:简答题
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简答题

把“神舟七号”载人飞船绕地球的运行看做是在同一轨道上的匀速圆周运动,且已知运行的周期为T,地球表面的重力加速度为g,地球半径为R,试求地球的质量M及飞船所在处的重力加速度g′(用T、g、R等表示)

正确答案

解:物体m0在地球表面 m0g=

解得地球质量 M=    

飞船(质量为m)在轨道上运行:

而   mg′=

联立以上得g′=

答:地球的质量M为,飞船所在处的重力加速度为

解析

解:物体m0在地球表面 m0g=

解得地球质量 M=    

飞船(质量为m)在轨道上运行:

而   mg′=

联立以上得g′=

答:地球的质量M为,飞船所在处的重力加速度为

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题型: 多选题
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多选题

已知地球质量为M,半径为R,自转周期为T,地球同步卫星质量为m,引力常量为G.有关同步卫星,下列表述正确的是(  )

A卫星的发射速度处于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间

B卫星运行的向心加速度小于地球赤道上物体的加速度

C卫星运行时受到的向心力大小为

D卫星距地心的距离为

正确答案

A,D

解析

解:A、第一宇宙速度是卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度,

第二宇宙速度是脱离地球束缚的速度,所以卫星的发射速度处于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间,故A正确;

B、同步卫星与地球赤道上物体具有相同的角速度,根据a=ω2r,

所以卫星运行的向心加速度大于地球赤道上物体的加速度,故B错误;

C、卫星运行时受到的向心力大小为F=,r>R,故C错误;

D、根据万有引力提供向心力,列出等式:

G=

r=,故D正确;

故选:AD.

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题型:简答题
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简答题

中国自行研制,具有完全自主知识产权的“神舟号”飞船,目前已经达到或优于国际第三代载人飞船技术,其发射过程简化如下:飞船在酒泉卫星发射中心发射,由长征运载火箭送入近地点为A,远地点为B的椭圆轨道上,飞船飞行五周后进行变轨,进入预定圆轨道,如图所示.若已知A点距地面的高度为h1,B点距地面的高度为h2,地球表面重力加速度为g,地球半径为R,卫星在预定圆轨道和椭圆轨道运行时满足开普勒第三定律.求:

(1)飞船经过椭圆轨道近地点A时的加速度大小;

(2)椭圆轨道的运动周期.

正确答案

解:(1)在地球表面重力与万有引力相等有:

所以有:GM=gR2

飞船在A点时所受万有引力产生加速度故有:

所以飞船产生的加速度=

(2)飞行器在预订轨道上做圆周运动万有引力提供圆周运动向心力有:

得飞行器在预订轨道上的运行的周期=

令卫星在椭圆轨道上运动的周期为Tx,飞船的半长轴为

根据开普勒第三定律有:

所以周期==

答:(1)飞船经过椭圆轨道近地点A时的加速度大小为

(2)椭圆轨道的运动周期为

解析

解:(1)在地球表面重力与万有引力相等有:

所以有:GM=gR2

飞船在A点时所受万有引力产生加速度故有:

所以飞船产生的加速度=

(2)飞行器在预订轨道上做圆周运动万有引力提供圆周运动向心力有:

得飞行器在预订轨道上的运行的周期=

令卫星在椭圆轨道上运动的周期为Tx,飞船的半长轴为

根据开普勒第三定律有:

所以周期==

答:(1)飞船经过椭圆轨道近地点A时的加速度大小为

(2)椭圆轨道的运动周期为

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题型: 多选题
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多选题

随着地球资源的日益匮乏和环境的日益恶劣,人类设想在地球远地轨道上建立一个未来的圆环形太空城.远远看去,好像一个巨大的车轮,圆环形的直径为D,“轮胎”是一个空心的大圆环,其内部直径为d(D>>d),是太空城的生活区.同时,太空城还绕着自己的中心轴慢慢旋转,利用旋转时产生的离心效应而制造出人造重力,生活在其中的人类就有脚踏实地的感觉.已知地球半径R,表面重力加速度为g,地球自转周期为T,空间站轨道半径r.下列说法中正确的是(  )

A太空城中的“地面”在图示的下表面

B若忽略太空城的自转,则太空城的绕地球转动的周期为

C若太空城的转速刚能提供和地球表面的实际重力加速度效果相同的人造“重力”,那么太空城自转的角速度为

D当太空城稳定地转动时,若在“生活区”上空某处静止释放一个物体,让太空城里的你来观察,你会观察到物体沿径向垂直太空城外边缘加速下落

正确答案

C,D

解析

解:A、太空城还绕着自己的中心轴慢慢旋转,向心力指向圆心,生活在其中的人类就有脚踏实地的感觉,所以太空城中的“地面”在图示的侧表面,故A错误;

B、根据题目中的条件无法求解太空城的绕地球转动的周期,故B错误;

C、根据太空城表面重力提供向心力得:mω2=mg,解得:,故C正确;

D、在“生活区”上空某处静止释放一个物体,运动情况类似于地球上的自由落体运动,故D正确.

故选:CD.

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题型:简答题
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简答题

如果你用卫星电话通过同步卫星转发的无线电信号与对方通话,则在你讲完话后,最短要等多少时间才能听到对方的回话?已知地球的质量为M,地球半径为R,万有引力常量为G,地球的自转周期为T,无线电信号的传播速度为c(最后答案用题目中的符号表示).

正确答案

解:地球同步卫星是相对地面静止的卫星,它绕地球运动的周期与地球自转周期T相同.

设卫星距地面的距离h,卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力是地球对卫星的万有引力,

由牛顿运动定律和万有引力定律,可得:G=m(R+h)(2

解得:h=-R

信号传递的最短距离是2 h,受话人听到发话人的信号后立即回话,信号又需传播2 h的距离后才能到达发话人处,

由此可知最短时间为:t==•(-R)

根据黄金代换得:GM=gR2

t=-R)

答:最短要等-R)才能听到对方的回话.

解析

解:地球同步卫星是相对地面静止的卫星,它绕地球运动的周期与地球自转周期T相同.

设卫星距地面的距离h,卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力是地球对卫星的万有引力,

由牛顿运动定律和万有引力定律,可得:G=m(R+h)(2

解得:h=-R

信号传递的最短距离是2 h,受话人听到发话人的信号后立即回话,信号又需传播2 h的距离后才能到达发话人处,

由此可知最短时间为:t==•(-R)

根据黄金代换得:GM=gR2

t=-R)

答:最短要等-R)才能听到对方的回话.

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题型: 单选题
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单选题

关于环绕地球运动的卫星,下列说法正确的是(  )

A沿椭圆轨道运行的一颗卫星,在轨道不同位置可能具有相同的速率

B分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星,不可能具有相同的周期

C在赤道上空运行的两颗地球同步卫星.它们的轨道半径有可能不同

D沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星,它们的轨道平面一定会重合

正确答案

A

解析

解:A、沿椭圆轨道运行的一颗卫星,在轨道对称的不同位置具有相同的速率,故A正确

B、分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星,可能具有相同的周期,故B错误

C、根据万有引力提供向心力,列出等式:=m(R+h),其中R为地球半径,h为同步卫星离地面的高度.由于同步卫星的周期必须与地球自转周期相同,所以T为一定值,根据上面等式得出:同步卫星离地面的高度h也为一定值.故C错误

D、沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星,它们的轨道平面不一定重合,但圆心都在地心,故D错误

故选A.

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题型: 多选题
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多选题

在“嫦娥一号”奔月飞行过程中,在月球上空有一次变轨是由椭圆轨道a变为近月圆形轨道b,如图所示.在a、b两轨道切点处,下列说法正确的是(  )

A卫星运行的速度va>vb

B卫星受月球的引力Fa=Fb

C卫星的加速度aa>ab

D卫星的动能Eka<Ekb

正确答案

A,B

解析

解:A、“嫦娥-号”从a轨道上经过切点时,即将做离心运动,<m

从b轨道上经过切点时,做匀速圆周运动,=m,两公式比较可知,va>vb,故A正确.

B、万有引力:F=,半径相等,故卫星受月球的引力Fa=Fb,故B正确.

C、万有引力提供向心力,ma=,因此加速度是相等的,故C错误.

D、由A可知va>vb,卫星的动能:EKa>EKb,故D错误.

故选:AB.

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单选题

“空间站”是科学家进行天文探测和科学试验的特殊而又重要的场所.假设某“空间站”正在地球赤道平面内的圆周轨道上运行,其离地高度为同步卫星离地高度的十分之一,且运行方向与地球自转方向一致.下列关于该“空间站”的说法正确的有(  )

A运行的加速度不等于其所在高度处的重力加速度

B运行的速度等于同步卫星运行速度的

C站在地球赤道上的人观察到它向东运动

D在“空间站”内工作的宇航员因受到平衡力而在其中悬浮或静止

正确答案

C

解析

解:A、空间站绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,设空间站的质量为m、轨道半径为r、地球质量为M,空间站运行的加速度为a,等其所在高度处的重力加速度为g′.根据知a==g′故空间站运行的加速度等于其所在高度处的重力加速度,A错误;

B、根据,知v==,高度为同步卫星离地球表面高度的十分之一,但距离r不是十分之一,空间站运行的速度不等于同步卫星运行速度的倍,B错误;

C、根据,知ω=,r越小,角速度越大,空间站的角速度比地球自转快,故站在地球赤道上的人观察到空间站向东运动,C正确;

D、空间站绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,物体处于完全失重状态,而在舱中悬浮或相对静止,故D错误.

故选:C.

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题型:简答题
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简答题

已知地球表面的重力加速度g=9.8m/s2,绕地球表面飞行的卫星的周期为84.4min,请估计地球的质量.

正确答案

解:对于卫星,有 mg=mR

根据重力等于万有引力,则有 m′g=G

联立可得地球的质量为 M==≈6×1024kg

答:地球的质量是6×1024kg.

解析

解:对于卫星,有 mg=mR

根据重力等于万有引力,则有 m′g=G

联立可得地球的质量为 M==≈6×1024kg

答:地球的质量是6×1024kg.

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题型: 单选题
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单选题

“嫦娥三号”探月卫星计划于2013年下半年在西昌卫星发射中心发射,将实现“落月”的新阶段.已知月球绕地球做圆周运动的半径为r1、周期为T1;“嫦娥三号”探月卫星绕月球做圆周运动的半径为r2、周期为T2.引力常量为G,不计周围其他天体的影响,下列说法正确的是(  )

A根据题目条件能求出“嫦娥三号”探月卫星的质量

B根据题目条件能求出地球的密度

C根据题目条件能求出地球与月球之间的引力

D根据题目条件可得出=

正确答案

C

解析

解:

A、根据题目条件不能求出“嫦娥三号”探月卫星的质量,故A错误;

B、与上题相似,根据月球绕地球做圆周运动的半径为r1、周期为T1得 G=m1r1,可求得地球的质量M=,但地球的半径未知,不能求出地球的密度,故B错误.

C、由上求出月球和地球的质量,又月球绕地球做圆周运动的半径为r1,根据万有引力定律可求得地球与月球之间的引力,故C正确.

D、由A、B两项结果可得:与中心天体的质量成正比,所以,故D错误.

故选:C

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简答题

已知地球半径为R,引力常量为G,地球同步通信卫星周期为T,它离地面的高度约为地球半径的6倍.

(1)求地球的质量;

(2)若地球的质量是某行星质量的16倍,地球的半径是该行星半径的2倍.该行星的同步卫星距其表面的高度是其半径的2.5倍,求该行星的自转周期.

正确答案

解:(1)设地球的质量为M,地球同步通信卫星的质量为m,地球同步通信卫星的轨道半径为r,r=7R.

根据万有引力定律和牛顿第二定律有

解得M=

(2)设某行星质量为M′,半径为R′,该行星同步卫星质量为m′,轨道半径为r′,r′=3.5 R′,自转周期为T′,

根据万有引力定律和牛顿第二定律有 

解得

又因地球同步通信卫星周期

解得T′=T.

答:(1)地球的质量为

(2)该行星的自转周期为T.

解析

解:(1)设地球的质量为M,地球同步通信卫星的质量为m,地球同步通信卫星的轨道半径为r,r=7R.

根据万有引力定律和牛顿第二定律有

解得M=

(2)设某行星质量为M′,半径为R′,该行星同步卫星质量为m′,轨道半径为r′,r′=3.5 R′,自转周期为T′,

根据万有引力定律和牛顿第二定律有 

解得

又因地球同步通信卫星周期

解得T′=T.

答:(1)地球的质量为

(2)该行星的自转周期为T.

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单选题

三颗人造地球卫星A、B、C在地球的大气层外沿如图所示的轨道做匀速圆周运动,已知mA=mB>mC,则三个卫星关系错误的是(  )

A线速度大小的关系是vA>vB=vC

B周期关系是TA<TB=TC

C向心力大小的关系是FA>FB>FC

D向心加速度大小的关系是aA>aB>aC

正确答案

D

解析

解: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

所以F===ma=

A、线速度v=,根据题意rA<rB=rC,所以vA>vB=vC,故A正确;

B、周期T=2π,根据题意rA<rB=rC,所以TA<TB=TC,故B正确;

C、向心力F=,mA=mB>mC,根据题意rA<rB=rC,所以向心力大小的关系是FA>FB>FC.故C正确;

D、向心加速度a=,根据题意rA<rB=rC,所以向心加速度大小的关系是aA>aB=aC.故D错误;

本题选错误的,故选:D.

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题型: 单选题
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单选题

宇航员在月球表面完成下面实验:在一固定的竖直光滑圆弧轨道内部的最低点,静止一质量为m的小球(可视为质点),如图所示,当给小球水平初速度v0时,刚好能使小球在竖直平面内做完整的圆周运动.已知圆弧轨道半径为r,月球的半径为R,万有引力常量为G.若在月球表面上发射一颗环月卫星,所需最小发射速度为(  )

A

B

C

D

正确答案

A

解析

解:设月球表面重力加速度为g,小球在最高点的速度为 v1,由机械能守恒定律,小球在从最低点到最高点的过程中,有.

mv02=mg•2r+mv12…①

由题意,小球在最高点时,有:mg=m…②

联解①②有:g=

故月球表面最小发射速度为:v0==

故选:A.

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多选题

如图所示,E是地球,A和B是两颗卫星,它们的轨迹相切与P点,卫星A和B的轨道分别是圆和椭圆,则(  )

AA、B两卫星在P点的加速度相等

BA、B两卫星的周期相等

C卫星A在P点的速度大于卫星B在P点的速度

D卫星A在P点突然加速,其轨道可能变成卫星B的轨道

正确答案

A,D

解析

解:A、卫星绕着地球运动,万有引力作为向心力,同在P点时,由于它们的距离是一样的,

由万有引力G=ma可知a=,它们的加速度的大小是一样的,故A正确;

B、根据开普勒定律=k,A卫星的半径小于B卫星的半长轴,所以A卫星的周期小于B卫星的周期.故B错误;

C、卫星A在P点突然加速,由于速度变大,需要的向心力也要变大,此时的万有引力小于需要的向心力,所以A将做离心运动,有可能变成卫星B的轨道,

所以卫星A在P点的速度小于卫星B在P点的速度,故C错误,D正确;

故选:AD.

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