- 万有引力与航天
- 共16469题
在四川汶川的抗震救灾中,我国自主研制的“北斗一号”卫星导航系统,在抗震救灾中发挥了巨大作用.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.“北斗”系统中两颗工作星均绕地心O做匀速圆周运动,轨道半径为r,某时刻两颗工作卫星分别位于轨道上的A、B两位置(如图所示)若卫星均顺时针运行,地球表面处的重力加速度为g,地球半径为R,不计卫星间的相互作用力.则以下判断中错误的是( )
正确答案
解析
解:A、对于在轨卫星,有G=ma,①
在地面上,有G=mg ②
联立得:卫星的加速度为a=,故知两卫星的加速度大小相等,均为
,故A正确.
B、卫星1向后喷气时加速,所需要的向心力增大,而万有引力没变,卫星1将做离心运动,不可能追上卫星2.故B错误.
C、由G=m
r ③,由②③得T=
,则卫星1由位置A运动到位置B所需的时间为t=
T=
;故C正确.
D、卫星做圆周运动,万有引力与速度方向始终垂直,不做功.故D正确.
本题选错误的,故选B
2012年我国宣布北斗导航系统正式商业运行.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.“北斗”系统中两颗工作卫星均绕地心做匀速圆周运动,轨道半径为r,某时刻两颗工作卫星分别位于轨道上的A、B两位置(如图所示).若卫星均顺时针运行,地球表面处的重力加速度为g,地球半径为R,不计卫星间的相互作用力.则以下判断中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力得,,解得a=
.根据万有引力等于重力得,GM=gR2,则卫星的加速度a=
.知卫星的加速度大小相等.故A正确.
B、根据得,周期T=
.经过
=
,卫星1由位置A运动到位置B.故B错误.
C、若卫星1向后喷气,则其速度会增大,卫星1将做离心运动,所以卫星1不可能追上卫星2.故C错误.
D、卫星1由位置A运动到位置B的过程中,由于万有引力始终与速度垂直,故万有引力不做功,D错误.
故选:A.
人造卫星轨道半径缓慢减小时,角速度和速率将( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有:
有:线速度v=,轨道半径减小,线速度增大,
角速度,轨道半径减小,角速度增大.
故B正确,ACD错误.
故选:B
(2016•桂林一模)2015年8月29日电:俄罗斯航天署29日发布消息称,由俄罗斯“质子-M”运载火箭发射的英国大型通信卫星Inmarsat-sF3已于莫斯科时间29日上午成功进入地球同步轨道.对这颗卫星和地球同步轨道上的其他卫星,下列物理量一定相同的是( )
正确答案
解析
解:A、同步卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力可知,,由于不知道这颗卫星和同步轨道上的其他卫星的质量关系,所以无法判断向心力关系,故A错误;
D、根据
则有,同步卫星的周期与地球自转周期相同,所以各个同步卫星轨道半径相同,线速度
,所以所有地球同步卫星速度大小相同,即速率相等,故D正确;
B、速率相等,但动能,由于不知道这颗卫星和同步轨道上的其他卫星的质量关系,则动能不一定相等,故错误;
C、角速度,周期相同,则角速度相同,故C正确;
故选:CD
2008年9月25日21时10分,神舟七号飞船成功发射,共飞行2天20小时27分钟,绕地球飞行45圈后,于9月28日17时37分安全着陆.航天员翟志刚着“飞天”舱外航天服,在刘伯明的配合下,成功完成了空间出舱活动,进行了太空行走.出舱活动结束后,释放了伴飞卫星,并围绕轨道舱进行伴飞实验.神舟七号是由长征-2F运载火箭将其送入近地点为A,远地点为B的椭圆轨道上,实施变轨后,进入预定圆轨道,其简化的模拟轨道如图所示.假设近地点A距地面高度为h,飞船在预定圆轨道上飞行n圈所用的时间为t,地球表面的重力加速度为g,地球半径R,试求:
(1)飞船在近地点A的加速度aA大小;
(2)飞船在预定圆轨道上飞行的速度v的大小.
正确答案
解:(1)设地球质量为M,飞船质量为m.
飞船在A点:
对地面上质量为m0的物体:
解得:
(2)飞船在预定圆轨道上飞行的周期:
设预定圆轨道半径为r,则有:
又
由以上几式解得:
答:(1)飞船在近地点A的加速度aA大小为;
(2)飞船在预定圆轨道上飞行的速度v的大小为.
解析
解:(1)设地球质量为M,飞船质量为m.
飞船在A点:
对地面上质量为m0的物体:
解得:
(2)飞船在预定圆轨道上飞行的周期:
设预定圆轨道半径为r,则有:
又
由以上几式解得:
答:(1)飞船在近地点A的加速度aA大小为;
(2)飞船在预定圆轨道上飞行的速度v的大小为.
2011年9月我国成功发射“天宫一号”飞行器,入轨后绕地球的运动可视为匀速圆周运动,运行周期为 T,已知地球同步卫星的周期为 T0,则以下判断正确的是( )
正确答案
解析
解:卫星环绕地球作匀速圆周运动时,万有引力提供向心力,即
有:,
所以:天宫一号的轨道半径与地球同步卫星的轨道半径之比为,故A正确
,
所以:天宫一号的角速度与地球同步卫星的角速度之比为,故B正确
,
所以:天宫一号的线速度与地球同步卫星的线速度之比为,故C错误
;
所以:天宫一号的向心加速度与地球同步卫星的向心加速度之比 ,故D正确
故选ABD.
(2015秋•沈阳校级月考)两颗人造卫星环绕地球运动,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、人造卫星沿不同轨道运动,靠万有引力提供向心力,经过极地上空,轨道平面不一定重合,故A错误.
B、同步卫星的轨道半径是一定的,在赤道上空,故B错误.
C、沿椭圆轨道运行的卫星速率是变化的,但是关于长轴对称的两点速率是相等的,故C错误.
D、根据开普勒第三定律=k可知,只要圆轨道的半径和椭圆轨道的半长轴相等,周期就相同,故D正确.
故选:D.
(2015秋•天水校级期末)2015年9月30日7时13分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功将第4颗新一代北斗导航卫星送入倾角55°的倾斜地球同步轨道,新一代北斗导航卫星的发射,标志着我国在卫星研制、发射方面取得里程碑式的成功.关于该卫星到地心的距离r可由求出,已知式中G为万有引力常量,则关于物理量a,b,c的描述正确的是( )
正确答案
解析
解:万有引力提供向心力: 可得:r=
=
=
,则可知a是地球平均密度,b是地球自转周期,c是地球半径,则A正确
故选:A
宇宙飞船进入一个围绕太阳运动的近乎圆形的轨道上运动,如果轨道半径是地球轨道半径的9倍,那么宇宙飞船绕太阳运行的周期是( )
正确答案
解析
解:开普勒第三定律中的公式
解得:T=
一颗小行星围绕太阳在近似圆形的轨道上运动,若轨道半径是地球轨道半径的9倍,
小行星绕太阳运行的周期是地球周期的27倍,即小行星绕太阳运行的周期是27年.
故选C.
1999年11月20日,我国第一艘载人航天试验飞船“神舟”号由酒泉卫星发射中心发射升空,绕地球运行14圈,遨游太空21小时,于11月21日3时30分在内蒙古中部平稳着陆.
(1)试估算“神舟”号飞船运行轨道距地面高度约为______.
(2)在飞船环绕地球飞行的过程中,由于受到大气阻力的作用,轨道半径将______,飞船的动能将______,机械的将______(均选填“增大”、“不变”或“减小”).
正确答案
3.0×105m
减少
增大
减小
解析
解:(1)因为地球表面的重力等于万有引力得GM=R2g.
又因为万有引力提供向心力得
=
飞船绕地球运行14圈,遨游太空21小时,故周期T=1.5h=5400s,
地球半径R=6400km,g=10m/s2,
所以m≈3.0×105m
(2)在飞船环绕地球飞行的过程中,由于受到大气阻力的作用,假设轨道不变,则速度变小,所需要的向心力变小,万有引力大于向心力,做近心运动,故轨道半径减小.
当飞船进入低轨道运行时,根据,速度将增大.
由于要克服大气阻力作用,系统的机械能将减小.
故答案为:(1)3.0×105m (2)减少,增大,减小
有a、b、c、d四颗地球卫星,a还未发射,在赤道表面上随地球一起转动,b是近地轨道卫星,c是地球同步卫星,d是高空探测卫星,它们均做匀速圆周运动,各卫星排列位置如图所示,则( )
正确答案
解析
解:A、地球同步卫星的角速度与地球自转的角速度相同,则知a与c的角速度相同,根据a=ω2r知,c的向心加速度大.
由G=mg,得g=
,可知卫星的轨道半径越大,向心加速度越小,则地球同步卫星c的向心加速度小于b的向心加速度,而b的向心加速度约为g,故a的向心加速度小于重力加速度g.故A错误;
B、由G=m
,得v=
,则知卫星的轨道半径越大,线速度越小,所以b的线速度最大,在相同时间内转过的弧长最长.故B正确;
C、c是地球同步卫星,周期是24h,则c在4h内转过的圆心角是×2π=
.故C错误;
D、由开普勒第三定律 =k知,卫星的轨道半径越大,周期越大,所以d的运动周期大于c的周期24h.故D错误;
故选:B.
某载人飞船发射后进入距地球表面约343km的圆形预定轨道,绕行一周约90分钟,关于该载人飞船在预定轨道上运行时,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、月球绕地球运行的周期约27天,大于飞船绕地球运行的周期,由ω=,可知飞船绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大.故A正确.
B、第一宇宙速度是卫星绕地球运行的最大环绕速度,即是近地卫星的速度,由卫星的速度公式v=,知飞船绕地球运行的线速度比第一宇宙速度小.故B错误.
C、当飞船要离开圆形轨道返回地球时,要启动助推器让飞船速度减速,使得地球提供的向心力大于飞船圆周运动所需要的向心力,从而做近心运动,故C错误.
D、同步卫星的周期与地球同步为24h,载人飞船周期约90分钟,故不能看作地球的同步卫星,故D错误;
故选:A.
两个天体(包括人造天体)间存在万有引力,并具有由相对位置决定的势能.如果两个天体的质量分别为m1和m2,当它们相距无穷远时势能为零,则它们距离为r时,引力势能为EP=-G
.发射地球同步卫星一般是把它先送入较低的圆形轨道,如图中Ⅰ,再经过两次“点火”,即先在图中a点处启动燃气发动机,向后喷出高压燃气,卫星得到加速,进入图中的椭圆轨道Ⅱ,在轨道Ⅱ的远地点b处第二次“点火”,卫星再次被加速,此后,沿图中的圆形轨道Ⅲ(即同步轨道)运动.设某同步卫星的质量为m,地球半径为R,轨道Ⅰ距地面非常近,轨道Ⅲ距地面的距离近似为6R,地面处的重力加速度为g,并且每次点火经历的时间都很短,点火过程中卫星的质量减少可以忽略.求:
(1)从轨道Ⅰ转移到轨道Ⅲ的过程中,合力对卫星所做的总功是多大?
(2)两次“点火”过程中燃气对卫星所做的总功是多少?
正确答案
解:(1)卫星在轨道Ⅰ和轨道Ⅲ做圆运动,根据万有引力提供向心力得:
=m
所以有:Ek1=mV12=
mgR
=m
所以有:Ek2=mV22=
运用动能定理得合力的功为:
W=Ek2-Ek1=mgR(-
)=-
(2)卫星在轨道Ⅰ上的势能为:EP1=-=-mgR
卫星在轨道Ⅲ上的势能为:EP2=-=-
燃气所做的总功为:
W′=( EP2+Ek2)-(EP1+Ek1)=(-+
)-(-mgR+
mgR)=
答:(1)从轨道Ⅰ转移到轨道Ⅲ的过程中,合力对卫星所做的总功是-
(2)两次“点火”过程中燃气对卫星所做的总功是.
解析
解:(1)卫星在轨道Ⅰ和轨道Ⅲ做圆运动,根据万有引力提供向心力得:
=m
所以有:Ek1=mV12=
mgR
=m
所以有:Ek2=mV22=
运用动能定理得合力的功为:
W=Ek2-Ek1=mgR(-
)=-
(2)卫星在轨道Ⅰ上的势能为:EP1=-=-mgR
卫星在轨道Ⅲ上的势能为:EP2=-=-
燃气所做的总功为:
W′=( EP2+Ek2)-(EP1+Ek1)=(-+
)-(-mgR+
mgR)=
答:(1)从轨道Ⅰ转移到轨道Ⅲ的过程中,合力对卫星所做的总功是-
(2)两次“点火”过程中燃气对卫星所做的总功是.
如图,a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:由图示可知:ra<rb=rc,卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力;
A、由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,由ra<rb=rc可知,b、c的线速度大小相等且小于a的线速度大小,故A正确;
B、由牛顿第二定律得:G=ma,解得:a=
,由ra<rb=rc可知,b、c的向心加速度大小相等且小于a的向心加速度,故B错误;
C、c加速,c的速度增大,做圆周运动需要的向心力增大,需要的向心力大于卫星与地球间的万有引力,c要做离心运动,c不能追上b,故C错误;
C、由牛顿第二定律得:G=m
r,解得:T=2π
,由ra<rb=rc可知,b、c的向心周期相等且大于a的周期,故D正确;
故选:AD.
2015年8月29日电,俄罗斯航天署29日发布消息称,由俄罗斯“质子-M”运载火箭发射的英国大型通信卫星Inmarsat-5F3已于莫斯科时间29日上午成功进入地球同步轨道,对这颗卫星和同步轨道上的其他卫星,下列物理量一定相同的是( )
正确答案
解析
解:A、同步卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力可知,,由于不知道这颗卫星和同步轨道上的其他卫星的质量关系,所以无法判断向心力关系,故A错误;
B、根据
则有r=,同步卫星的周期与地球自转周期相同,所以各个同步卫星轨道半径相同,
线速度v=,所以所有地球同步卫星速度大小相同,即速率相等,故B正确;
C、角速度,周期相同,则角速度相同,故C正确;
D、动能,由于不知道这颗卫星和同步轨道上的其他卫星的质量关系,则动能不一定相等,故D错误;
故选:BC.
扫码查看完整答案与解析