- 万有引力与航天
- 共16469题
2012年4月30日,我国用一枚“长征3号乙”火箭成功发射两颗北斗导航卫星.若该卫星绕地球做匀速圆周运动的半径为r,地球质量为M,半径为R,万有引力常量为G,下列表述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B卫星绕地球做匀速圆周运动时,由地球的万有引力提供向心力,其速度为v=,加速度为a=
=
.故AB均错误.
C、若某一卫星加速,卫星所受万有引力没有变化,而所需要的向心力增大,则卫星将做离心运动,其做圆周运动的半径将会变大.故C正确.
D、卫星上的物体处于完全失重的状态,但仍受地球的引力作用.故D错误.
故选C
人造地球卫星绕地球作匀速圆周运动,其轨道半径为R,线速度大小为V.若要使卫星的周期变为2T,下列可行的办法有( )
正确答案
解析
解:根据得,v=
,T=
.
A、轨道半径不变,则线速度不变.故A错误.
B、轨道半径变为,周期变为原来的2倍,变为2T.故B正确.
C、线速度不变,可知轨道半径不变.故C错误.
D、线速度变为,则轨道半径变为原来的
倍,则周期变为原来的2倍.故D正确.
故选BD.
北斗卫星导航系统是我国自行制开发的区域性三维卫星定位与通信系统(CNSS),建成后的北斗卫星导航系统包括5颗同步卫星和30颗一般轨道卫星.对于其中的5颗同步卫星,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、因为同步卫星要和地球自转同步,所以运行轨道就在赤道所在平面内,根据F==mω2r,因为ω一定,所以 r 必须固定,
所以一定位于空间同一轨道上,故A错误,B正确
C、由于不同的同步卫星质量可能不同,所以地球对它们的吸引力大小不一定相等,方向一定不同,故C错误
D、根据=ma得
它们运行的加速度大小相等,但是方向不同,加速度是矢量,所以运行的加速度一定不同,故D错误
故选B.
一组太空人乘太空穿梭机去修理位于离地球表面6.0×105m的圆形轨道上的哈勃太空望远镜H.机组人员驾驶穿梭机S进入与H相同的轨道并关闭推动火箭,而望远镜在穿梭机前方数千米处,如图所示.引力常量为G,地球质量为ME(已知地球半径为R=6.4×106m,地球表面的重力加速度g=9.8m/s2)
(1)在穿梭机内,一个质量为60kg的人站在台秤上,则台秤示数是多少?
(2)计算穿梭机S轨道上的加速度.
(3)计算穿梭机在轨道上的速率.
正确答案
解:(1)穿梭机内的人处于完全失重状态,视重为0.
(2)在地球表面万有引力等于重力,则有:mg=,
由万有引力充当向心力有:,
联立解得:g′=8.2m/s2.
(3)根据万有引力提供向心力得:,
解得:v=7.58×103m/s
答:(1)在穿梭机内,一个质量为60kg的人站在台秤上,则台秤示数是0;
(2)计算穿梭机S轨道上的加速度为8.2m/s2;
(3)计算穿梭机在轨道上的速率为7.58×103m/s.
解析
解:(1)穿梭机内的人处于完全失重状态,视重为0.
(2)在地球表面万有引力等于重力,则有:mg=,
由万有引力充当向心力有:,
联立解得:g′=8.2m/s2.
(3)根据万有引力提供向心力得:,
解得:v=7.58×103m/s
答:(1)在穿梭机内,一个质量为60kg的人站在台秤上,则台秤示数是0;
(2)计算穿梭机S轨道上的加速度为8.2m/s2;
(3)计算穿梭机在轨道上的速率为7.58×103m/s.
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,关闭动力的航天飞机在月球引力作用下向月球靠近,并将与空间站在B处对接.已知空间站绕月球运动的周期为T,月球的质量为M,万有引力常量为G.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、航天飞机在飞向B处的过程中,月球对它的万有引力的方向和其运动方向之间的夹角小于90°,所以月球的引力对航天飞机做正功,速率增大.故A错误;
B、B处的物体运动以月球为中心,它的椭圆轨道速度大于圆周轨道速度.关闭动力的航天飞机在月球引力作用下向月球靠近,速度增加,从图形看航天飞机是在椭圆轨道飞行.要想与空间站在B处对接,因空间站轨道是圆周轨道,航天飞机必须减速才能达到空间站的圆周轨道速度.所以航天飞机在B处由椭圆轨道进入空间站圆周轨道必须点火减速,故B错误;
C、因为不知道空间站的质量,故无法求得月球对空间站的引力,故C错误;
D、根据空间站绕月球做匀速圆周运动,根据万有引力提供圆周运动向心力,可得空间站的半径
,故D正确.
故选:D.
现在,人造地球卫星发挥着越来越重要的作用.2014年3月8日凌晨,飞往北京的马航MH370航班起飞后与地面失去联系,机上有我们154名中国人.我国西安卫星测控中心启动卫星测控应急预案,紧急调动海洋、风云、高分、遥感等4个型号、近10颗卫星为地面搜救行动提供技术支持.假设某颗圆周运动卫星A轨道在赤道平面内,距离地面的高度为地球半径的2.5倍,取同步卫星B离地面高度为地球半径的6倍,则( )
正确答案
解析
解:A、第一宇宙速度是近地卫星运行速度同时也是围绕地球做圆周运动的最大速度,故A错误;
B、在地球表面有:可得
,卫星A的轨道RA=3.5R,万有引力提供向心力有
得其向心加速度
=
,故B正确;
C、同步卫星与地球自转角速度相同,根据a=rω2知,向心加速度与轨道半径成正比,故C错误;
D、根据万有引力提供圆周运动向心力知得周期
知半径大的B卫星周期大,故D错误.
故选:B.
人造卫星绕地球做匀速圆周运动,设地球的半径为R,地面处的重力加速度为g,则人造卫星( )
正确答案
解析
解:AC、根据万有引力提供向心力,得
在地球表面的物体受到的重力等于万有引力,得GM=R2g
故v=
当r越小,则线速度v越大,当r最小等于地球半径R时,卫星的绕行速度最大为v=,故A正确.
当距地面高为R处时,,故C错误.
BD、根据万有引力提供向心力,得
=
,
当r越小,则线速度越小,当r最小等于地球半径R时,卫星的绕行周期最小为=
,故B正确.
在距地面高为R处的周期为=
,故D错误.
故选:AB.
两颗人造地球卫星A、B的质量之比m1:m2=1:2,它们的轨道半径之比r1:r2=3:1,可知这两颗卫星的线速度之比υ1:υ2=______,向心加速度之比为a1:a2=______,所受向心力之比F1:F2=______,周期之比T1=T2=______.
正确答案
1:9
1:18
解析
解:根据得,v=
,
,a=
.
因为轨道半径之比r1:r2=3:1,则线速度之比,周期之比
,向心加速度之比a1:a2=1:9.
因为向心力F=ma,人造地球卫星A、B的质量之比m1:m2=1:2,则向心力之比为F1:F2=1:18.
故答案为:,1:9,1:18,
.
“嫦娥一号”飞船在飞往月球的过程中,经过多次变轨,先后在A轨道和B轨道绕地球做圆周运动,如图所示、不考虑月球对它的作用力,则“嫦娥一号”在A轨道运行时( )
正确答案
解析
解:A、7.9km/s是贴着地球表面做匀速圆周运动的速度,根据,知
,轨道半径越大,线速度越小,知7.9km/s大于飞船在A轨道运行的速度,线速度比在B轨道上的线速度大.故A错误,B正确.
C、根据,a=
,T=
,知轨道半径越大,周期越大,向心加速度越小,所以飞船在A轨道上的周期小于B轨道上的周期.A轨道上所需的向心力大于B轨道所需的向心力.故C、D错误.
故选B.
“神舟十号”宇宙飞船成功发射,表明了我国的航天和空间科技已经进人世界先进行列.它的部分数据如下:总质量为m,绕地球做匀速圆周运动的周期为T.若已知地球半径R,地球表面的重力加速度为g,万有引力常量为G,请你根据以上的已知量,用所学过的物理知识,求:
(1)地球的平均密度ρ.
(2)飞船距离地球表面的高度h.
正确答案
解:(1)在地球表面,根据万有引力等于重力得:①
②
解①②得:③
(2)在h高处,根据万有引力提供向心力得:④
又GM=gR2.
解得:.
答:(1)地球的平均密度.
(2)飞船距离地球表面的高度.
解析
解:(1)在地球表面,根据万有引力等于重力得:①
②
解①②得:③
(2)在h高处,根据万有引力提供向心力得:④
又GM=gR2.
解得:.
答:(1)地球的平均密度.
(2)飞船距离地球表面的高度.
假设人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,若卫星离地面越高,则卫星的( )
正确答案
解析
解:设人造卫星的质量为m,轨道半径为r,线速度为v,公转周期为T,地球质量为M,由于人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,由万有引力提供向心力得:
=m
r=m
=ma=mω2r
v=,T=2π
,ω=
,a=
卫星离地面越高,则周期越长,卫星的线速度越小,卫星的角速度越小,向心加速度越小,故ABC错误,D正确;
故选:D.
中国在2011年发射了“天宫一号”飞行器,“天宫一号”是空间实验室的实验版,并且发射了“神舟九号”与“天宫一号”进行载人手动对接.“天宫一号”飞行器设计质量为8吨,预定轨道为距地面几百公里的较低轨道,根据以上信息,下列说法正确的是(已知地球轨道半径R=6400公里,地球表面重力加速度g=10m/s2)( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供圆周运动向心力知,得向心加速度的大小与半径的二次方成反比,故同步卫星的轨道半径大而向心加速度小,故A正确;
B、根据万有引力提供圆周运动向心力有,得线速度与半径的平方根成反比,天宫一号的半径小运行线速度大,故B错误;
C、根据万有引力提供圆周运动向心力有,得周期与轨道半径的
方成正比,故同步卫星的轨道半径大,周期大,故C正确,D错误.
故选:AC.
人造地球卫星绕地球的运动可以挖地看作匀速圆周运动,每到太阳活动期,由于受太阳的影响,地球大气层的厚度开始增加,假设某人造地球卫星由于进入大气层而受到稀薄气体的阻力,则其运动状态变化是( )
正确答案
解析
解:由于卫星要克服空气阻力做功,机械能要减小,所以卫星轨道半径逐渐减小.
根据万有引力提供向心力,得:G=m
得v=,r减小,v增大.故A正确.
故选:A
在地球大气层外有大量的太空垃圾.在太阳活动期,地球大气会受太阳风的影响而扩张,使一些原本在大气层外绕地球飞行的太空垃圾被大气包围,从而逐渐降低轨道.大部分太空垃圾在落地前已经燃烧成灰烬,但体积较大的太空垃圾仍会落到地面上,对人类造成危害.以下关于太空垃圾不正确的说法是( )
正确答案
解析
解:A、垃圾受到摩擦阻力作用做近心运动,轨道高度降低,垃圾的重力势能不断减小,故A正确;
B、太空垃圾在与大气摩擦过程中机械能不断转会为内能而减小,故B正确;
C、太空垃圾在轨道缓慢降低的过程中,根据v=得速度增大,故C错误;
D、太空垃圾在轨道缓慢降低的过程中,向心加速度a=,周期T=2π
,所以轨道缓慢降低的过程中,向心加速度不断增大而周期不断减小,故D正确.
本题选择写法正确的是,故选:C
我国自行研制的“风云一号”、“风云二号”气象卫星运行的轨道是不同的.“一号”是极地圆形轨道卫星.其轨道平面与赤道平面垂直,周期是12h;“二号”是地球同步卫星.两颗卫星相比______号离地面较高;______号观察范围较大;______号运行速度较大.若某天上午8点“风云一号”正好通过某城市的上空,那么下一次它通过该城市上空的时刻将是______.
正确答案
风云二
风云一
风云一
第二天上午8点
解析
解:由万有引力提供向心力得
=
风云一号周期12h,风云二号周期是24h,故风云二号离地面高,
风云一号有覆盖全球的观测范围,而风云二号,是相对地球静止的,其范围无法达到全球内,所以风云一号观察范围较大;
v=,风云一号的半径小,故风云一号线速度大.
若某天上午8点“风云一号”正好通过某城市的上空,那么下一次它通过该城市上空的时刻将是第二天上午8点.
故答案为:风云二、风云一、风云一、第二天上午8点
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