- 万有引力与航天
- 共16469题
计划发射一颗距离地面高度为地球半径R0的圆形轨道地球卫星,卫星轨道平面与赤道平面重合,卫星绕地旋转方向与地球自转方向相同,已知地球表面重力加速度为g,地球自转周期T0,
(1)求出卫星绕地心运动的速度v和周期T
(2)赤道上的人在无遮挡的情况下,能连续看到该卫星的最长时间是多少?
正确答案
解:(1)地球对卫星的引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力,故有
=m
=m
(2R0)
在地球表面上,有m′g=G
联立以上二式可得卫星绕地心运动的线速度为 v=
周期 T=4π
(2)设人在B1位置刚好看见卫星出现在A1位置,最后在B2位置看到卫星从A2位置消失,OA1=2OB1
设∠A1OB1=∠A2OB2=θ
则cosθ==
,所以θ=
设人从B1位置到B2位置的时间为t,则人转过的角度为2π,
卫星转过的角度为2π,
故有+
2π=
2π,
将卫星绕地心运动周期T=4π代入上式可得t=
.
答:
(1)卫星绕地心运动的速度v是,周期T为4π
.
(2)赤道上的人在无遮挡的情况下,能连续看到该卫星的最长时间是.
解析
解:(1)地球对卫星的引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力,故有
=m
=m
(2R0)
在地球表面上,有m′g=G
联立以上二式可得卫星绕地心运动的线速度为 v=
周期 T=4π
(2)设人在B1位置刚好看见卫星出现在A1位置,最后在B2位置看到卫星从A2位置消失,OA1=2OB1
设∠A1OB1=∠A2OB2=θ
则cosθ==
,所以θ=
设人从B1位置到B2位置的时间为t,则人转过的角度为2π,
卫星转过的角度为2π,
故有+
2π=
2π,
将卫星绕地心运动周期T=4π代入上式可得t=
.
答:
(1)卫星绕地心运动的速度v是,周期T为4π
.
(2)赤道上的人在无遮挡的情况下,能连续看到该卫星的最长时间是.
如图所示,a是静止在地球赤道地面上的一个物体,b是与赤道共面的地球卫星,c是地球同步卫星,对于a物体和b、c两颗卫星的运动情况,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星c为同步卫星,周期与a物体周期相等,
根据万有引力提供向心力,列出等式:
=m
T=2
bc同为卫星,所以b卫星运动的周期小于c卫星运动的周期,所以a物体运动的周期大于b卫星运动的周期,故A错误
B、b卫星和c卫星的质量关系不清楚,所以b卫星运动受到的万有引力不一定大于c卫星受到的万有引力,故B错误
C、ac比较,角速度相等,由v=ωr,可知υA<υC 故C正确
D、b卫星减速后要做近心运动,所以不可能可进入c卫星轨道,故D错误
故选C.
如图所示,在火星与木星轨道之间有一小行星带.假设该带中的小行星只受到太阳的引力,小行星与地球绕太阳运动都看作匀速圆周运动.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由于各小行星的质量不同,所以太阳对各小行星的引力可能不同,故A错误;
B、根据万有引力提供向心力得:
=m
r
T=2π,
离太阳越远,周期越大,所以各小行星绕太阳运动的周期大于地球的公转周期,故B正确;
C、根据万有引力提供向心力得:=ma
a=,所以小行星带内侧小行星的向心加速度大于外侧小行星的向心加速度值,故C错误;
D、根据万有引力提供向心力得:
=m
v=,
所以小行星带内各小行星圆周运动的线速度值小于地球公转的线速度值,故D错误.
故选:B.
已知地球质量是月球质量的81倍,地球半径约为月球半径的4倍,地球上发射近地卫星的环绕速度为7.9km/s,那么在月球上发射一艘靠近月球表面运行的宇宙飞船,它的环绕速度为______.
正确答案
1.7km/s
解析
解:近地卫星的向心力由地球的万有引力提供,则:
G=m
,得:v地=
同理,“近月卫星”的向心力由月球的万有引力提供,得:v月=
所以=
=
则得:v月=v地=
km/s=1.7km/s
故答案为:1.7km/s.
地球半径为R,地面附近的重力加速度为g,则人造地球卫星转动的最大频率为______.
正确答案
解析
解:在地球表面重力与万有引力相等有:,可得GM=gR2,设卫星转动的频率为f,则其角速度=f•2π,卫星绕地球做圆周运动万有引力提供圆周运动向心力有:
=mr(f•2π)2,所以卫星运动的频率f=
=
,由表达式知,r越小,频率越大,故最大频率时,r=R,即此时
.
故答案为:
如图所示,a,b,c是大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星,a,b质量相同且小于c的质量,下面说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星受到的万有引力提供向心力,得:,所以运行速度
知,r越大,v越小,故A错误;
B、卫星匀速圆周运动的向心力由万有引力提供,,故有
,而rb=rc<ra,故B错误;
C、由,故
,而rb=rc<ra,故C正确;
D、b和c质量等于a的质量,而加速度小于a的加速度,所以不能判定哪一个的向心力大.故D错误.
故选:C
卫星电话信号需要通地球同步卫星传送,如果你与同学在地面上用卫星电话通话,则从你发出信号至对方接收到信号所需最短时间最接近于(可能用到的数据:地球半径约为6400km,月球绕地球运动的轨道半径约为地球半径的60倍)( )
正确答案
解析
解:已知月球绕地球运行周期为27天,解:根据万有引力提供向心力可得:
轨道半径r=
又已知月球和同步卫星的周期比为27:1,则月球和同步卫星的轨道半径比为9:1.同步卫星的轨道半径r′=×60×6400=4.2×104km.
所以接收到信号的最短时间t=≈0.25s.故C正确,A、B、D错误.
故选C
2012年6月18日14时07分,“神舟九号”与“天宫一号”对接成功,形成“天神”组合体,其轨道可视为圆轨道,轨道离地面高度为地球半径的,其向心加速度为a,轨道处的重力加速度为g′,线速度为v,周期为T0,已知地球半径为R,地球表面的重力加速度大小为g,则正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、根据重力与万有引力相等可得:
得:
组合体所处位置的重力加速度为:
a==
,故A正确,B错误;
C、组合体所处位置的重力提供圆周运动的向心力,则有:
得:,故C错误;
D、由C分析知v=则:
=
=
,故D错误.
故选:A.
从地球上发射的两颗人造地球卫星A和B,它们的轨道半径比:rA:rB=2:1,则它们的线速度之比:vA:vB=______,运转的周期之比TA:TB=______.
正确答案
1:
:1
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有:G=m
=m
,得:v=
所以它们的线速度之比为:=
=
=1:
;
得周期:T=
所以运转的周期之比为:=
=
=
:1.
故答案为:1:,
:1
有两颗人造地球卫星,它们的质量之比为m1:m2=2:1,运行速度之比为v1:v2=2:1则它们的轨道半径之比r1:r2=______,周期之比T1:T2______.
正确答案
1:4
=1:8
解析
解:卫星绕地球做匀速圆周运动时,由地球的万有引力提供卫星的向心力,则:
G=m
得 v=,式中M是地球的质量,G是引力常量,则得:v∝
因为v1:v2=2:1,所以可得 r1:r2=1:4.
卫星的周期 T==2π
则得:周期之比T1:T2=1:8
故答案为:1:4; 1:8
如图所示,地球赤道上的山丘、近地资源卫星和同步通信卫星均在赤道平面内绕地心做匀速圆周运动.设山丘e、近地资源卫星p和同步通信卫星q的圆周运动速率依次为v1、v2、v3,向心加速度依次为a1、a2、a3,则( )
正确答案
解析
解:A、B、山丘e与同步通信卫星q转动周期相等,根据v=,
由于山丘e的轨道半径小于同步通信卫星q的轨道半径,故V1<V3;根据卫星的线速度公式v=,
由于近地资源卫星的轨道半径小于同步通信卫星q的轨道半径,故近地资源卫星的线速度大于同步通信卫星的线速度,即V3<V2;故V1<V3<V2,故A错误,B正确;
C、D、山丘e与同步通信卫星q转动周期相等,根据a=ω2r=,由于山丘e的轨道半径小于同步通信卫星q的轨道半径,故山丘e的轨道加速度小于同步通信卫星q的加速度,即a1<a3;
根据加速度公式a=,由于近地资源卫星的轨道半径小于同步通信卫星q的轨道半径,故近地资源卫星的加速度小于同步通信卫星的加速度,即a3<a2;故a1<a3<a2,故C错误,D正确;
故选:BD.
2014年11月21日,我国在酒泉卫星发射中心用快舟小型运载火箭成功将“快舟二号”卫星发射升空,并顺利进入预定轨道.我国已成为完整发射卫星-火箭一体化快速应急空间飞行器试验的国家,具有重要的战略意义.若快舟卫星的运行轨道均可视为圆轨道,“快舟一号”运行周期为T1、动能为Ek1;“快舟二号”运行周期为T2、动能为Ek2.已知两卫星质量相等.则两卫星的周期之比为( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力得:
=m
r=m
v=
Ek=mv2=
,
r=
T=2π
则两卫星的周期之比为:=
,
故选:D.
如图所示,在同一轨道平面上的几个人造地球卫星A、B、C,在某一时刻恰好在同一直线上,下列正确说法有( )
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,卫星的速度v=,可见,r越大,v越小,则有vA>vB>vC.故A错误.
B、由于三颗的质量关系未知,无法根据万有引力定律F=G比较引力的大小.故B错误.
C、卫星的向心加速度等于重力加速度g=,r越小,a越大,则有aA>aB>aC.故C正确.
D、卫星的周期T==2
,r越大,T越大,所以TA<TB<TC,所以运动一周后,A先回到原地点.故D错误.
故选C.
“嫦娥一号”探月卫星为绕月极地卫星.利用该卫星可对月球进行成像探测.已知卫星在绕月极地轨道上做匀速圆周运动时距月球表面的高度为H,月球半径为RM,月球表面重力加速度为
,月球绕地球公转的轨道半径为R0;地球半径为RE,已知光速为C.
(1)月球的第一宇宙速度.
(2)“嫦娥一号”探月卫星绕月运动的周期
(3)如图所示,当绕月极地轨道的平面与月球绕地球公转的轨道平面垂直时(即与地心到月心的连线垂直时),求绕月极地卫星向地球地面发送照片需要的最短时间.
正确答案
解:(1)对月球表面上的物体根据万有引力提供向心力:
对绕月球表面做圆周运动的物体:
故第一宇宙速度的大小为:
(2)在卫星绕月球做圆周运动:
对月球表面上的物体:
联立得:
(3)根据题中示意图的几何关系可得卫星到地面的最短距离为:
,
卫星向地面发送照片需要的最短时间为:
联立得:
答:(1)月球的第一宇宙速度是.
(2)“嫦娥一号”探月卫星绕月运动的周期是
(3)绕月极地卫星向地球地面发送照片需要的最短时间是
解析
解:(1)对月球表面上的物体根据万有引力提供向心力:
对绕月球表面做圆周运动的物体:
故第一宇宙速度的大小为:
(2)在卫星绕月球做圆周运动:
对月球表面上的物体:
联立得:
(3)根据题中示意图的几何关系可得卫星到地面的最短距离为:
,
卫星向地面发送照片需要的最短时间为:
联立得:
答:(1)月球的第一宇宙速度是.
(2)“嫦娥一号”探月卫星绕月运动的周期是
(3)绕月极地卫星向地球地面发送照片需要的最短时间是
地球同步卫星相对地面静止不动,犹如悬在高空中.下列关于地球同步卫星的说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、同步卫星与地球自转同步,与地面相对静止,同时卫星受到地球的万有引力提供向心力,指向圆心,万有引力指向地心,故同步卫星只能在赤道上空,故A正确;
B、同步卫星与地球自转同步,公转周期为24h,故B错误;
C、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
F=F向因而
G=m(
)2r
解得
r=
故同步卫星轨道半径是一个确定的值,即所有的同步卫星轨道半径都相等,故C正确;
D、根据卫星的速度公式v=,可知同步卫星的速度小于近地卫星的环绕速度,即小于第一宇宙速度7.9km/s,故D错误;
故选AC.
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