- 万有引力与航天
- 共16469题
某人造地球卫星沿圆轨道运行,轨道半径是6.8×103km,周期是5.6×103s.试从这些数据估算地球的质量.
正确答案
解:根据万有引力提供向心力,M=
=
kg=6×1024kg.
答:地球的质量约为6×1024kg.
解析
解:根据万有引力提供向心力,M=
=
kg=6×1024kg.
答:地球的质量约为6×1024kg.
关于绕着地球做匀速圆周运动的人造地球卫星,(在估算时,取地球半径R=6400km,地球表面重力加速度g=9.8m/s2)下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、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,,得
,运行的轨道半径r越大,线速度v越小,故A错误;
B、第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度,11.2km/s是第二宇宙速度,是脱离地球束缚的运动速度,人造卫星的发射速度介于第一第二宇宙速度之间,故B正确;
C、根据万有引力提供圆周运动向心力有得卫星的周期
,知卫星轨道半径越大,周期越大,故C正确;
D、人造卫星实现从低轨道向高轨道变轨需要做离心运动,使卫星所需向心力增加大于地球对卫星的万有引力,故须向后喷气加速,故D错误.
故选:BC.
a、b为地球上的物体,a处于北纬40°,b在赤道上,c、d为地球卫星c、d轨道都在赤道平面上,c为近地卫星,d为同步卫星,关于a、b、c、d的运行周期T、向心加速度a、重力加速度g、运行速率v的以下关系正确的是( )
正确答案
解析
解:A、同步卫星与地球自转同步,所以Ta=Tb=Td.
根据开普勒第三定律得卫星的轨道半径越大,周期越大,故Td>Tc.故A错误.
B、a、b的角速度相等,由a=ω2r,可知a的轨道半径小于b的,则aa<ab;
对于c、d两卫星:根据万有引力提供向心力G=ma,得加速度公式a=G
,轨道半径越大,向心加速度越小,由题意可知rd>rc,则ac>ad;
对于b和c:角速度相等,由a=ω2r,可知ad>ab;则知ac>ab;故B错误.
C、根据G=ma=mg,得g=G
,近地卫星的轨道半径近似等于地球半径R,所以gb=gc,
由上知ab<ac,故C正确.
D、对于a、b:角速度相等,由v=rω知:a的轨道半径小于b,则va<vb;
对于c、d:根据万有引力提供向心力G=m
,得v=
,同步卫星的轨道高度大于近地卫星,故vc>vd,
同步卫星的vd=,赤道上的物体速度vb=
,所以vd>vb,所以vc>vb,故D错误.
故选:C.
a、b是环绕地球圆形轨道上运行的2颗人造卫星ra>rb,则a的线速度______(填“大于”或“小于”)b的线速度,a的向心加速度______(填“大于”或“小于”)b的向心加速度,a的周期______(填“大于”或“小于”)b的周期.
正确答案
小于
小于
大于
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:
解得:v=,ra>rb,则va<vb,
根据得:a=
,ra>rb,则aa<ab,
根据得:T=
,ra>rb,则aa<ab,Ta>Tb.
故答案为:小于,小于,大于.
甲、乙两颗人造卫星绕地球做圆周运动,周期之比为1:8,则它们的轨道半径之比______.运动速率之比______.
正确答案
1:4
2:1
解析
解:根据万有引力提供向心力,得
=m
r=m
可得 T=2π,v=
,式中M是地球的质量,r是卫星的轨道半径.
由题意,卫星A、B绕地球做圆周运动的周期之比为1:8,由 T=2π,得轨道半径之比为1:4,由v=
,得速度之比为2:1.
故答案为:1:4,2:1.
随着世界航空事业的发展,深太空探测已逐渐成为各国关注的热点.假设深太空中有一颗外星球,质量是地球质量的2倍,半径是地球半径的.则下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据
解得:T=
而不知道同步卫星轨道半径的关系,所以无法比较该外星球的同步卫星周期与地球同步卫星周期关系,故A错误;
B、根据
解得:a=
所以,故B正确;
C、根据解得:v=
,所以
,故C正确;
D、根据C分析可知:v=,轨道半径r相同,但质量不同,所以速度也不一样,故D错误.
故选BC
对于绕地球表面环绕的人造地球卫星A,其向心加速度为aA、线速度为vA、角速度为wA、周期为TA;而对地球同步卫星B,其向心加速度为aB、线速度为vB、角速度为wB、周期为TB.已知地球表面重力加速度为g,第一宇宙速度为v.则下列有关说法正确的是( )
正确答案
解析
解:万有引力提供向心力:=mrω2 ①
A、由①得: 可知r大的T小,则TA<TB,则A错误
B、由①得 可知r小的v大,则vA=v>vB,则B错误
C、由①得可知aA=g>aB,则C正确
D、由①得,可知ωA>ωB,则D错误
故选:C
深空探测器“探路者”号宇宙飞船在宇宙深处飞行的过程中,发现甲、乙两颗均匀球形天体,两天体各有一颗靠近其表面飞行的卫星,测得两颗卫星的周期相等,以下判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、设A、B中任决意球形天体的半径为R,质量为M,卫星的质量为m,周期为T.则由题意,卫星靠近天体表面飞行,卫星的轨道半径约等于天体的半径,则有:=m
,
得:M=,
T相等,R可能相等,所以天体A、B的质量可能相等.故A错误.
B、卫星的线速度为v=,T相等,而R不一定相等,线速度不一定相等.故B错误.
C、天体的密度为ρ=,
联立得到ρ=,可见,ρ与天体的半径无关,由于两颗卫星的周期相等,则天体A、B的密度一定相等.故C正确.
D、天体A、B表面的重力加速度等于卫星的向心加速度,即g=a=,可见天体A、B表面的重力加速度之比等于它们的半径正比.故D错误.
故选:C
一颗正绕地球运行的人造卫星,由于受到阻力作用,关于它的轨道半径会因此变大还是变小?某同学作了以下分析:
他认为轨道半径会增大,因为阻力使卫星运行的速率减小,而由v=知,v↓⇒r↑,你认为他的分析对吗?请说明理由和结论.
正确答案
解:他的分析是错误的,卫星在阻力的作用下,要在原来的轨道减速,万有引力将大于向心力,物体会做向心运动,轨道半径变小,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,
由F==m
v=,所以卫星运行的速率增大,
答:他的分析是错误的,轨道半径变小,卫星运行的速率增大.
解析
解:他的分析是错误的,卫星在阻力的作用下,要在原来的轨道减速,万有引力将大于向心力,物体会做向心运动,轨道半径变小,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,
由F==m
v=,所以卫星运行的速率增大,
答:他的分析是错误的,轨道半径变小,卫星运行的速率增大.
一个绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星,它的轨道半径增加到原来的2倍后,仍做匀速圆周运动,则( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供圆周运动向心力有=
可知,卫星的角速度减小,线速度减小,故A错误;
B、根据线速度v=可知,半径增大时,卫星的线速度同步减小,故卫星所需向心力不是减小到为原来的
,B错误;
C、根据公式F=G可知半径增大2倍时,地球提供的向心力减小为原来的
,故C正确;
D、根据线速度v=可知,半径增大时,卫星的线速度同步减小,可知卫星的向心加速度不是减小到原来的
,故D错误.
故选:C.
“天宫一号“是我国自主研发的目标飞行器,是中国空间实验室的雏形.2013年6月,“神舟十号”与“太空一号”成功对接,6月20日3位航天员为全国中学生上了一节生动的物理课.现已知“太空一号”飞行器距离地球表面高度为h,地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,假设“天宫一号”环绕地球做匀速圆周运动,万有引力常量为G.求:
(1)地球的质量M;
(2)地球的第一宇宙速度v;
(3)“天宫一号”的运行周期T.
正确答案
解:(1)在地球表面重力与万有引力相等有:
可得地球的质量M=
(2)第一宇宙速度是近地卫星运行的速度,根据万有引力提供圆周运动向心力有:
可得第一宇宙速度v=
(3)天宫一号的轨道半径r=R+h
据万有引力提供圆周运动向心力有:
代入M=可得T=
=
答:(1)地球的质量M为;
(2)地球的第一宇宙速度v为;
(3)“天宫一号”的运行周期T为.
解析
解:(1)在地球表面重力与万有引力相等有:
可得地球的质量M=
(2)第一宇宙速度是近地卫星运行的速度,根据万有引力提供圆周运动向心力有:
可得第一宇宙速度v=
(3)天宫一号的轨道半径r=R+h
据万有引力提供圆周运动向心力有:
代入M=可得T=
=
答:(1)地球的质量M为;
(2)地球的第一宇宙速度v为;
(3)“天宫一号”的运行周期T为.
如图所示,a为赤道上的物体,随地球自转做匀速圆周运动,b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星,c为地球的同步卫星,以下关于a、b、c的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、地球赤道上的物体a与同步卫星c具有相同的角速度,所以ωa=ωc,根据a=rω2知,它们的向心加速度与轨道半径成正比.
对于b、c:根据万有引力提供向心力G=ma,得a=
,知b、c的向心加速度与轨道半径的二次方成反比.故A错误,B正确.
C、地球赤道上的物体与同步卫星具有相同的角速度,所以ωa=ωc,周期相同.故C正确.
D、对于b、c:根据万有引力提供向心力G=m
r,知T=2
,则c的周期大于b的周期,则a的周期大于b的周期,故D错误.
故选:BC.
如图所示,空天飞机是既能航空又能航天的新型飞行器,它像普通飞机一样起飞,以超高音速在大气层内飞行,在30-100公里高空直接着陆.若发射了一颗卫星成为航天飞行器,返回大气层后,像飞机一样在机场着陆.若发射了一颗卫星在较高轨道上运行,而空天飞机做为航天飞行器关闭动力在较低轨道上运动.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力
A、向心加速度a=可知卫星的轨道半径大向心加速度小,故A错误;
B、运行速度v=可知卫星的轨道半径大运行速度小,故B错误;
C、周期T=可知卫星的轨道半径大运行周期大,故C正确;
D、航天飞机要返回地面需要做近心运动,根据卫星变轨原理航天飞机需要在轨道上制动减速做近心运动返回地面,故D正确.
故选:CD.
已知地球半径为R0,地球表面处的重力加速度为g,一颗人造地球卫星离地面高度为h,求:该卫星的运动周期.
正确答案
解:对卫星:由万有引力定律和牛顿第二定律得:
…①
在地球表面:…②
解①②得:
答:该卫星的运动周期是.
解析
解:对卫星:由万有引力定律和牛顿第二定律得:
…①
在地球表面:…②
解①②得:
答:该卫星的运动周期是.
天宫一号于2011年9月29日21时16分3秒在酒泉卫星发射中心发射,设计在轨寿命两年.在轨运动可近似看做匀速圆周运动,已知它的轨道半径为r,运行周期为T,万有引力恒量为G,则它的线速度大小为______,地球的质量可表示为______.
正确答案
解析
解:天宫一号的线速度v=.
根据得,M=
.
故答案为:,
.
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