- 万有引力与航天
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设地面附近重力加速度为g0,地球半径为R0,人造地球卫星圆形轨道半径为R.那么,以下说法不正确的是( )
正确答案
解析
解:在地球表面重力等于万有引力:,可得GM=
,所以:
A、卫星在轨道上运动时万有引力提供圆周运动向心力,可知,卫星的加速度
,故A正确;
B、卫星在轨道上万有引力提供圆周运动向心力有:得卫星运行的线速度v=
,故B正确;
C、卫星在轨道上运动时万有引力提供圆周运动向心力有:得卫星运动的角速度ω=
,故C错误;
D、由C分析知卫星的周期=
,故D正确.
因为选不正确的是,故选:C
2012年6月24日中午,“神舟九号”飞船与“天宫一号”进行了手动交会对接.如果“神舟九号”N与“天宫一号”M对接前在各自轨道上绕地球做圆周运动的情境如图所示,则由此可以判定( )
正确答案
解析
解:AB、根据知,周期T=
M的半径大,周期大,故A错误,线速度v=
可知,M的半径大,线速度小,故B正确;
C、第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,据v=可知,第一宇宙速度是围绕地球匀速圆周运动的最大速度,故M、N的运行速度均小于7.9km/s,故C正确;
D、N加速时做离心运动,轨道抬升可能与M实现对接,故D正确.
故选:BCD.
已知地面的重力加速度为g,地球半径为R,人造地球卫星圆形运行的轨道半径为R0,则卫星在轨道上运行的线速度为______m/s,周期为______s.
正确答案
2π
解析
解:人造卫星绕同一个中心天体做圆周运动,靠万有引力提供向心力,
F==m
=m
r=R0,
解得:v=,①
T=2π,②
已知地面的重力加速度为g,地球半径为R,根据地球表面的物体万有引力等于重力,
GM=gR2,③
将③代入①②得:v=,T=2π
.
故答案为:,2π
.
如图所示,A为置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绕地心运动的周期相同.相对于地心,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、因周期相同,v=r则A正确
B、加速度a=,则C的加速度大,则B错误
C、因周期相同,则B运动轨迹的半长轴与卫星C运动轨迹的半径相等,则C正确
D、卫星B在P点,与卫星C在该点到地球的距离相同,故加速度相同,故D正确.
故选:ACD
已知某人造地球卫星绕地球公转的半径为r,公转周期为T,万有引力常数为G,则由此可求出( )
正确答案
解析
解:A、研究卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式:
=m
r
M=,r为卫星绕地球公转的半径,T为公转周期.所以无法求出人造地球卫星的质量,可以求出地球的质量.故A错误;
B、不知道地球的体积,所以不能求出地球的密度,故B错误;
C、第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,根据万有引力提供向心力,列出等式有:
=m
第一宇宙速度v=,其中M是地球质量可以求出,R为地球半径无法知道,所以无法求出第一宇宙速度,故C错误.
D、人造地球卫星运行的角速度ω=,故D正确;
故选:D.
(2015秋•安徽月考)2015年9月3日举行的抗战胜利日大阅兵时,北斗已经拥有近20颗卫星,并在太空助力阅兵指挥运筹帷幄之中,北斗卫星系统由地球同步轨道卫星与低轨道卫星两种卫星组成,这两种卫星正常运行时( )
正确答案
解析
解:A、处于地球同步轨道上的卫星所受地球引力大小与卫星的质量有关,所受地球引力大小不一定相等,故A错误;
B、第一宇宙速度是绕地球做圆周运动的最大速度,两种卫星的运行速度均小于第一宇宙速度,故B错误;
C、地球同步卫星,是相对于地面静止的,这种卫星位于赤道上方某一高度的稳定轨道上,故C错误;
D、根据公式可知,低轨道卫星的向心加速度大于地球同步轨道卫星的向心加速度,故D正确.
故选:D
某人造地球卫星沿圆轨道运行,轨道半径为r,周期为T,万有引力常量为G.由以上各种量可估算出下列哪个物理量( )
正确答案
解析
解:设地球的质量为M,卫星的质量为m,人造地球卫星沿圆轨道运行,由地球的万有引力提供向心力,则有
G=m
解得,M=
由上式可知,可估算出地球的质量,不能求出卫星的质量、卫星的半径和地球的半径.
故选A
2010年1月17日,我国成功发射北斗COMPASS-G1地球同步卫星.据了解这已是北斗卫星导航系统发射的第三颗地球同步卫星.则对于这三颗已发射的同步卫星,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、所有地球的同步卫星都位于赤道的上空,在相同的轨道上运行.故A错误.
B、同步卫星的周期与地球的周期相同,根据ω=知,同步卫星的角速度相等.故B正确.
C、根据万有引力提供向心力知,v=
,轨道半径越大,线速度越小,7.9km/h是贴近地球表面运行的速度,所以同步卫星的速度小于7.9km/h.故C错误.
D、同步卫星的角速度与地球自转的角速度相等,根据a=rω2得,同步卫星的向心加速度大于赤道上物体的向心加速度.故D错误.
故选B.
如图,A为置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绕地心运动的周期相同.相对于地心,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:由题意可知,A、B、C绕地心运动的周期T相同,由ω=可知,A、B、C的角速度相等;
A、卫星C做圆周运动的半径大于A的半径,由v=ωr可知,C的线速度大于A的线速度,故A错误;
B、由牛顿第二定律得:G=ma,解得,加速度:a=
,在B点,G、M、r都相同,卫星B在P点的加速度大小与卫星C在该点加速度大小相等,故B正确;
C、由开普勒第三定律可知:=
,则卫星B运动轨迹的半长轴与卫星C运动轨迹的半径相等,故C正确;
D、由牛顿第二定律得:G=ma,解得,加速度:a=
,A、C的半径不同,它们的加速度不同,故D错误;
故选:BC.
我国自主研制的嫦娥三号探测器,经过主减速段、快速调整段…自由落体等一系列复杂的过程,于2013年12月14日9时40分安全降落在月球虹湾区.其中自由落体过程是:嫦娥三号探测器在距月面100m处,以自由落体的方式落向月面.已知月球质量约为地球质量的,月球半径约为地球半径的
,地球表面附近的重力加速度g=10m/s2,则( )
正确答案
解析
解:AB、在星球表面重力与万有引力相等有:
可得星球表面重力加速度g=
所以月球表面的重力加速度=
,故A正确,B错误;
CD、根据自由落体运动有:h=
所以t==
=
,故C正确,D错误.
故选:AC.
如图所示,在同一轨道平面上同向旋的三个人造地球卫星A、B、C,在某一时刻恰好在同一条直线上,它们的轨道半径之比为1:2:3,则下列说法中正确的是( )
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,根据得:卫星的速度
,它们的轨道半径之比为1:2:3,则三颗卫星的速度之比为1:
:
.故A错误;
B、根据得:
,它们的轨道半径之比为1:2:3,则三颗卫星的加速度之比为36:9:4.故B正确;
C、B卫星加速后做离心运动,轨道半径要变大,不可能与A卫星相遇.故C错误;
D、根据得:卫星的周期
,则
,若A卫星运动27周后,C卫星只经过了
个周期,没有回到原点.故D错误;
故选:B
地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动,所受的向心力为F1,向心加速度为a1,线速度为v1,角速度为ω1;绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星所受的向心力为F2,向心加速度为a2,线速度为v2,角速度为ω2;地球同步卫星所受的向心力为F3,向心加速度为a3,线速度为v3,角速度为ω3,假设三者质量相等,则( )
正确答案
解析
解:A、根据题意三者质量相等,轨道半径r1=r2<r3
物体1与人造卫星2比较,由于赤道上物体受引力和支持力的合力提供向心力,而近地卫星只受万有引力,故F1<F2 ,故A错误;
B、物体1和卫星3周期相等,则角速度相等,即ω1=ω3,而加速度a=rω2,则a3>a1,
卫星2和卫星3都靠万有引力提供向心力,
a=,则a2>a3,
所以a2>a3>al,故B正确;
C、物体1和卫星3周期相等,则角速度相等,即ω1=ω3,根据v=rω,则v3>v1,卫星2和卫星3都靠万有引力提供向心力,
根据=m
,解得v=
,知轨道半径越大,线速度越小,则v2>v3.故C错误;
D、物体1和卫星3周期相等,则角速度相等,即ω1=ω3,
卫星2和卫星3都靠万有引力提供向心力,根据=mω2r
有:ω=,
得知:ω3<ω2,
所以ω1=ω3<ω2,故D正确;
故选:BD.
2012年初,我国宣布北斗导航系统正式投入商业运行,北斗导航系统又被称为“双星定位系统”,具有导航、定位等功能.如图所示,北斗导航系统中的两颗工作卫星均绕地心做匀速圆周运动,且轨道半径均为r,某时刻工作卫星1、2分别位于轨道上的A、B两个位置,若两卫星均沿顺时针方向运行,地球表面的重力加速度为g,地球半径为R,不计卫星间的相互作用力,下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在地球表面重力与万有引力大小相等有=mg
可得GM=gR2,又卫星在轨道上运动万有引力提供圆周运动的加速度,故有可得卫星的加速度=ma
a==
,故A正确;
B、两卫星的质量关系不清楚,所以两颗卫星的向心力大小不一定相等,故B错误;
C、万有引力提供圆周运动向心力有:=m
r
可得卫星运行周期为:
T=2π,
所以卫星从位置1到位置2所需时间t=T=
,故C错误.
D、卫星1向后喷气,卫星做加速运动,在轨道上做圆周运动所需向心力增加,而提供向心力的万有引力没有发生变化,故卫星将做离心运动,卫星轨道变大,故卫星不能追上同轨道运行的卫星2,故D错误;
故选:A.
由于大气阻力的作用,卫星绕地球做圆周运动的轨道半径将逐渐变化(由于轨道半径变化很缓慢,变化过程中的任一时刻,可认为卫星仍做匀速圆周运动).则卫星( )
正确答案
解析
解:假设卫星轨道半径不变,由于大气阻力的作用,其动能减小,线速度减小,所需要的向心力减小,
而提供向心力的万有引力不变,故卫星将做向心运动,其轨道半径减小,
卫星变轨后仍可看作匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力
=ma=m
=m
r
a=,T=2π
,v=
,
r减小,所以v增大、T减小、a增大,故ACD错误,B正确.
故选:B.
宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动,若飞船想与前面的空间站对接,飞船为了追上轨道空间站,可采取的方法是( )
正确答案
解析
解:飞船做匀速圆周运动时,引力提供向心力,根据万有引力等于向心力,可以知道速度与轨道半径的关系为v=,当飞船加速时,在原轨道运行所需要的向心力变大,但万有引力大小不变,故引力不足以提供向心力,飞船会做离心运动,飞到较高的轨道;轨道半径越大,线速度越小,故飞船不能追上轨道空间站;故需要减速到较低轨道,追上轨道空间站后,再加速上升到较高轨道;
故选B.
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