- 万有引力与航天
- 共16469题
假如一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、人造地球卫星的轨道半径增大到原来2倍时,角速度减小,根据公式v=ωr,则卫星运动的线速度将小于原来的2倍.故A错误.
B、人造地球卫星的轨道半径增大到原来2倍时,线速度减小,根据公式,则卫星所需的向心力将小于原来的
.故B错误
C、根据公式F=,则卫星所需向心力F变为原来的
,故C正确.
D、根据上述B和C中给出的公式,v=,r变为2r,则v变为原来的
倍.故D错误
故选C
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,下面有关数据之比正确的是( )
正确答案
解析
解:人造地球卫星绕地球做圆周运动的向心力由万有引力提供有:
F==m
r=ma=m
A、T=2π,轨道半径之比R1:R2=3:1,所以周期之比T1:T2=3
:1,故A错误;
B、v=,轨道半径之比R1:R2=3:1,所以线速度之比v1:v2=1:
,故B错误;
C、F=,质量之比m1:m2=1:2,轨道半径之比R1:R2=3:1,所以向心力之比为F1:F2=1:18,故C正确;
D、a=,轨道半径之比R1:R2=3:1,所以向心加速度之比a1:a2=1:9,故D正确;
故选:CD.
一般宇宙飞船飞近某一个新发现的行星,并进入靠近该行星表面的圆形轨道运动数圈后,着陆在该行星上.宇宙飞船上备有以下器材:停(秒)表一只;质量为m的物体一个;弹簧秤一个;天平一架(附砝码一套).已知宇航员在靠近行星表面的圆形轨道上绕行及着陆后各做了一次测量,依据测量的数据可以求出该行星的质量M和半径R(已知万有引力常量为G).试分析:
(1)宇航员两次测量所选用的器材和测量的物理量;
(2)由题述已知量和测量的物理量推导出该行量的质量M和半径R的表达式.
正确答案
解析:(1)用停表测出飞船在靠近行星的轨道上运行的周期T,用弹簧秤测出着陆后质量为m的物体的重力F.
(2)根据万有引力提供向心力,
又万有引力等于重力
联立解得,
.
答:(1)用停表测出飞船在靠近行星的轨道上运行的周期T,用弹簧秤测出着陆后质量为m的物体的重力F.
(2)行星的质量为,半径
.
解析
解析:(1)用停表测出飞船在靠近行星的轨道上运行的周期T,用弹簧秤测出着陆后质量为m的物体的重力F.
(2)根据万有引力提供向心力,
又万有引力等于重力
联立解得,
.
答:(1)用停表测出飞船在靠近行星的轨道上运行的周期T,用弹簧秤测出着陆后质量为m的物体的重力F.
(2)行星的质量为,半径
.
同步卫星A的运行速率为v1,向心加速度为a1,运转周期为T1;放在地球赤道上的物体B随地球自转的线速度为v2,向心加速度为a2,运转周期为T2;在赤道平面上空做匀速圆周运动的近地卫星C的速率为v3,向心加速度为a3,运转周期为T3.比较上述各量的大小得( )
正确答案
解析
解:A、同步卫星A和地球自转同步,故周期相同,所以A错误;
B、AB周期相同角速度相等,据v=rω知,同步卫星轨道高度大线速度大,故v1>v2,故B错误;
C、同步卫星轨道高度大于近地卫星的轨道高度,根据万有引力提供向心力有向心加速度,知近地卫星轨道半径小向心加速度大,所以a3>a1,故C错误;
D、由于AB角速度相同,据a=rω2知,A的半径大向心加速度大,故a1>a2,再由C分析知,D正确.
故选:D.
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,将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点,如图.则在卫星分别在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,解得:
,故在轨道1上卫星的速率大于轨道3上的速率,故A错误;
B、由,解得:
,故在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度,故B正确;
C、由,解得:
,在轨道1上经过Q点和轨道2上经过Q点的半径相等,故加速度大小相等,故C正确;
D、由于轨道3比轨道2要高,故在轨道3上运行速度大于在轨道2上运动速度,故卫星从轨道2变轨到轨道3时应在P点再次点火加速,故D正确;
故选:BCD.
甲、乙两颗人造卫星绕地球作圆周运动,周期之比为T1:T2=1:8,则它们的轨道半径之比和运动速率之比分别为( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力
G=m
mr(
)2,
r= v=
因为TA:TB=1:8
所以RA:RB=1:4
所以VA:VB=2:1
故选A.
如图所示的a、b、c三颗地球卫星,其半径关系为ra=rb>rc,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、两颗卫星的半径一样,但卫星的质量可以不同,故A错误;
B、根据开普勒行星运动定律知,卫星周期的两次方向与半径的三次方比值相同,故C卫星半径大周期大,所以B错误;
C、因为不知道卫星的质量关系,故不能确定三颗卫星的机械能大小,故C错误;
D、据知卫星的速度
可知,va=vb>vC,故D正确.
故选:D
地球“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.关于该“空间站”说法正确的有( )
正确答案
解析
解:A、根据,知空间站的加速度等于所在高度处的重力加速度.故A正确.
B、根据,解得v=
,因为空间站离地高度为同步卫星离地高度的十分之一,但轨道半径不是十分之一,则运行速度不等于同步卫星速度的
倍.故B错误.
C、根据,解得v=
,轨道半径越大,线速度越小,知同步卫星的线速度小于空间站的线速度,而同步卫星与地球角速度相等,根据v=rω,知同步卫星的线速度大于地球自转的线速度,所以空间站的速度大于地球自转的线速度,所以站在地球赤道上的人观察到它向东运动.故C正确.
D、在“空间站”工作的宇航员处于完全失重状态,所受的力不是平衡力,仅受万有引力,靠万有引力提供圆周运动所需的向心力.故D错误.
故选AC.
我国发射的“神舟七号”载人飞船,与“神舟六号”飞船相比,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:根据万有引力提供向心力
=m
=mω2r=m
A、v=,“神舟六号”半径较大,故线速度小,故A正确;
B、ω=,“神舟六号”半径较大,故角速度较小,故B错误;
C、a=,“神舟六号”半径较大,故加速度较小,故C错误;
D、T=2π,“神舟六号”半径较大,故周期较长,故D正确;
故选:AD.
“神舟十号”与“天宫一号”已5次成功实现交会对接.如图所示,交会对接前“神舟十号”飞船先在较低圆轨道1上运动,在适当位置经变轨与在圆轨道2上运动的“天宫一号”对接.M、Q两点在轨道1上,P点在轨道2上,三点连线过地球球心,把飞船的加速过程简化为只做一次短时加速.下列关于“神舟十号”变轨过程的描述,正确的有( )
正确答案
解析
解:A、神舟十号与天宫一号实施对接,需要神舟十号抬升轨道,即神舟十号开动发动机加速做离心运动使轨道高度抬长与天宫一号实现对接,故“神舟十号”在M点加速,可以在P点与“天宫一号”相遇,故A正确;
B、卫星绕地球做圆周运动向心力由万有引力提供解得:v=,所以卫星轨道高度越大线速度越小,“神舟十号”在轨道2的速度小于轨道1的速度,所以M点经一次加速后,还有一个减速过程,才可变轨到轨道2,故BC错误;
D、根据万有引力充当向心力解得:T=知轨道半径越大,周期越大,所以“神舟十号”变轨后的运行周期总大于变轨前的运行周期,故D错误.
故选:A
已知甲、乙两个绕月飞行器的圆形轨道距月球表面分别约为h1和h2,月球半径为R.甲、乙的运动速度大小分别用v1和v2表示.则v1和v2的比值为( )
正确答案
解析
解:甲、乙两个绕月飞行器绕月球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式
=m
v=
已知甲、乙两个绕月飞行器的圆形轨道距月球表面分别约为h1和h2,
所以v1和v2的比值为
故选C.
地球赤道上的重力加速度为g,物体在赤道上随地球自转的向心加速度为a,卫星甲、乙、丙在如图所示的三个椭圆轨道上绕地球运行,卫星甲和乙的运行轨道在P点相切.不计阻力,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、使地球上的物体票“飘”起来即物体处于完全失重状态,即此时物体所受地球的重力完全提供物体随地球自转时的向心力则有:
当物体飘起来的时候,万有引力完全提供向心力,则此时物体的向心加速度为即此时的向心加速度a′=g+a
根据向心加速度和转速的关系有:a=R(n2π)2,a′=R(n′2π)2可得:
故A正确.
B、物体在椭圆形轨道上运动,轨道高度超高,在近地点时的速度越大,故B错误;
C、根据开普勒第三定律知,椭圆半长轴越小,卫星的周期越小,卫星丙的半长轴最短,故周期最小.
D、卫星的机械能跟卫星的速度、高度和质量有关,因未知卫星的质量,故不能确定甲卫星的机械能最大,故D错误.令卫星做匀速圆周运动时,万有引力完全提供圆周运动的向心力,故此时卫星中宇航员处于完全失重状态,但当卫星沿椭圆轨道运动时,卫星所受万有引力不是完全提供卫星的向心力,故卫星中宇航员始终处于完全失重状态是错误的.
故选AC.
如图所示,航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后,在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,B为轨道Ⅱ上的一点,如图所示,关于航天飞机的运动,下列说法中正确的有( )
正确答案
解析
解:A、轨道Ⅱ上由A点运动到B点,引力做正功,动能增加,所以经过A的速度小于经过B的速度.故A正确.
B、从轨道Ⅰ的A点进入轨道Ⅱ需减速,使万有引力大于所需要的向心力,做近心运动.所以轨道Ⅱ上经过A的速度小于在轨道Ⅰ上经过A的速度.故B错误.
C、根据开普勒第三定律,椭圆轨道的半长轴小于圆轨道的半径,所以在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期.故C错误.
D、在轨道Ⅱ上和在轨道Ⅰ通过A点时所受的万有引力相等,根据牛顿第二定律,加速度相等.故D错误.
故选:A.
有两颗人造地球卫星,它们的质量之比是m1:m2=1:2,运行速度之比是v1:v2=1:2.求:
(1)它们轨道半径之比r1:r2.
(2)它们的周期之比T1:T2.
(3)向心加速度之比a1:a2.
正确答案
解:(1)根据万有引力提供向心力得
=
解得r=
两颗人造地球卫星运行速度之比是v1:v2=1:2.
所以轨道半径之比r1:r2=4:1
(2)根据万有引力提供向心力得
=
解得T=2π
由于r1:r2=4:1,所以周期之比T1:T2=8:1.
(3)根据万有引力提供向心力得
=ma
解得a=
由于r1:r2=4:1,所以向心加速度之比a1:a2=16:1.
答:(1)它们轨道半径之比r1:r2=4:1.
(2)它们的周期之比T1:T2=8:1.
(3)向心加速度之比a1:a2=16:1.
解析
解:(1)根据万有引力提供向心力得
=
解得r=
两颗人造地球卫星运行速度之比是v1:v2=1:2.
所以轨道半径之比r1:r2=4:1
(2)根据万有引力提供向心力得
=
解得T=2π
由于r1:r2=4:1,所以周期之比T1:T2=8:1.
(3)根据万有引力提供向心力得
=ma
解得a=
由于r1:r2=4:1,所以向心加速度之比a1:a2=16:1.
答:(1)它们轨道半径之比r1:r2=4:1.
(2)它们的周期之比T1:T2=8:1.
(3)向心加速度之比a1:a2=16:1.
“嫦娥一号”于2009年3月1日下午4时13分成功撞月,从发射到撞月历时433天,标志我国一期探月工程圆满结束.其中,卫星发射过程先在近地圆轨道绕行3周,再长途跋涉进入近月圆轨道绕月飞行.若月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度的,月球半径为地球半径的
,根据以上信息得( )
正确答案
解析
解:A、B、根据近地(近月)飞行时,重力提供圆周运动的向心力可得:
mg=mR可得周期:T=2π
,
根据已知条件:R月:R地=1:4,g月:g地=1:6,代入上式解得周期之比:T月:T地=:
,故A正确,B错误,
C、根据近地(近月)飞行时,重力提供圆周运动的向心力可得:a向=g,所以绕月与绕地飞行向心加速度之比为1:6,故C错误;
D、在星球表面重力和万有引力相等可知:G=mg,
所以M=,所以月球和地球的质量之比为:M月:M地=g月R月2:g地R地2=1:96,故D正确.
故选:AD.
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