- 万有引力与航天
- 共16469题
假如一个做匀速圆周运动的人造地球卫星,当它的轨道半径增大到原来的2倍,仍做圆周运动,则( )
(1)根据公式v=ωr,可知卫星运动的线速度将增大到原来的2倍
(2)根据公式F=m,可知卫星所需的向心力将减小到原来的
(3)根据公式F=G,可知地球提供的向心力将减小到原来的
(4)根据上述B和C中给出的公式,可知卫星运动的线速度将减小到原来的.
正确答案
解析
解:(1)、当轨道半径变化时,万有引力变化,卫星的角速度ω=随着变化,所以,不能用公式v=rω讨论卫星的线速度变化,故(1)错误.
(2)、当轨道半径变化时,万有引力变化,卫星的线速度v=随着变化,所以,不能用公式F=m
讨论卫星的向心力变化,故(2)错误.
(3)、人造卫星的轨道半径增大到原来的2倍,由公式F=G 可知地球提供的向心力将减小到原来的
,故(3)正确.
(4)、卫星的万有引力提供向心力,即G=m
,所以,卫星的线速度v=
,由此知卫星的轨道半径增大到原来的2倍时,卫星运动的线速度将减小到原来的
,故(4)正确.
故(3)(4)正确.
故选:D.
如图所示,a、b是绕地球做圆周运动的两颗卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:由题意知卫星a、b的半径满足ra<rb,根据万有引力提供圆周运动的向心力有:
则:
A、可知,a的半径小,线速度大,故A错误;
B、ω=可知,a的半径小,角速度大,故B错误;
C、可知,a的半径小,周期小,故C正确;
D、可知,a的半径小,运动的加速度大,故D错误.
故选:C
人造地球卫星以地心为圆心,做匀速圆周运动,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据得,v=
,
,T=
,知轨道半径越大,线速度越小,周期越大.故A错误,B正确.
C、不同的轨道半径线速度、角速度不同,故C、D错误.
故选:B.
如图所示为赤道上随地球自转的物体A、赤道上空的近地卫星B和地球的同步卫星C的运动示意图,若它们的运动都可视为匀速圆周运动,则比较三个物体的运动情况,以下判断正确的是( )
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;又万有引力提供向心力,即:,
,所以A的周期大于B的周期.故A正确;
B、BC的向心力由万有引力提供即:,aC<aB,故B错误;
C、卫星C与B的周期不同,它们的角速度也不同,故C错误;
D、AC比较,角速度相等,由v=ωr,可知υA<υC
BC比较,同为卫星,由人造卫星的速度公式:
得:
可知υC<υB
因而υA<υC<υB,故D错误.
故选A.
人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为月心到地心距离的,已知月球绕地球运行周期是27.3天,则此卫星的运行周期约为多少天?
正确答案
解:根据万有引力提供向心力,
=m
T=2π,
人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为月心到地心距离的,已知月球绕地球运行周期是27.3天,
所以人造地球卫星的周期T==5.3天;
答:此卫星的运行周期约为5.3天.
解析
解:根据万有引力提供向心力,
=m
T=2π,
人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为月心到地心距离的,已知月球绕地球运行周期是27.3天,
所以人造地球卫星的周期T==5.3天;
答:此卫星的运行周期约为5.3天.
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,求:
(1)线速度之比?
(2)角速度之比?
(3)向心加速度之比?
正确答案
解:据万有引力提供圆周运动向心力有:有:
(1)线速度v=可得:
=
(2)角速度可得:
(3)向心加速度a=可得:
=
答:(1)线速度之比为
(2)角速度之比之比为
(3)向心加速度之比1:9.
解析
解:据万有引力提供圆周运动向心力有:有:
(1)线速度v=可得:
=
(2)角速度可得:
(3)向心加速度a=可得:
=
答:(1)线速度之比为
(2)角速度之比之比为
(3)向心加速度之比1:9.
如图所示为卫星运行的三种轨道,若卫星在1轨道上运行时经过p点处的速度、加速度分别为v1和a1,若卫星在2轨道上运行时经过p点处的速度、加速度分别为v2和a2,若卫星在3轨道上运行时经过Q点处的速度、加速度分别为v3和a3,则v1______v2,v1______v3,a1 a3(填“>”“<”或“=”)
正确答案
<
>
<
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F=F向,
=m
=ma
v=,所以v1>v3,
从轨道1到轨道2,卫星在P点是做逐渐远离圆心的运动,要实现这个运动必须使卫星所需向心力大于万有引力,所以应给卫星加速,增加所需的向心力.
所以在轨道2上P点的速度大于轨道1上P点的速度,即v1<v2,
a=,所以a1<a3
故答案为:<;>;<
据环球时报2月11日报道,美国和俄罗斯的两颗卫星2009年2月10日在太空相撞,相撞地点位于西伯利亚上空500英里(约805公里).相撞卫星的碎片形成太空垃圾,并在卫星轨道附近绕地球运转,国际空间站的轨道在相撞事故地点下方270英里(434公里).若把两颗卫星和国际空间站的轨道看作圆形轨道,上述报道的事故中以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:两颗卫星相撞,说明两卫星轨道有交点,则半径大小相同,故周期一样,加速度一样,因能相撞则说明不可能在同一轨道上.故A错误,B正确.
卫星的运行速度表达式: T=
则可知,半径大的速度小,周期大,故C错误,D正确
故选BD
如图,运行轨道在同一平面内的两颗人造卫星A、B,同方向绕地心做匀速圆周运动,此时刻A、B连线与地心恰在同一直线上且相距最近,已知A的周期为T,B的周期为
.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力,得G=m
,v=
.可知轨道半径越大,速度越小,由图可知A的轨道半径大,故A的线速度小,故A错误.
B、根据万有引力提供向心力G=ma,得 a=
,可知轨道半径越大,加速度越小,由图可知A的轨道半径大,故A的加速度小,故B错误.
C、根据开普勒第二定律,A、B与地心连线在相同时间内扫过的面积不相等,故C错误.
D、从此时刻到下一次A、B相距最近,转过的角度差为2π,即(-
)t=2π,所以t=2T,故从此时刻到下一次A、B相距最近的时间为2T,故D正确.
故选:D.
某颗地球同步卫星正下方的地球表面上,有一观察者,他用天文望远镜观察被太阳照射的此卫星,已知地球半径R,地球表面的重力加速度为g,地球自转周期为T.(不考虑大气对光的折射,用题中所给已知量表示所求量)求:
(1)同步卫星的轨道半径
(2)试问:春分那天(太阳光垂直照射赤道)从日落时刻起经多长时间该观察者看不见此卫星(角度的写法:若cosθ=3则θ=arccos)
正确答案
解:设地球同步卫星的轨道半径为r,其受到的地球万有引力提供向心力,即:
对地面上的物体有:
由以上两式可得:
r=
如图所示,观察者从A点到B点的时间内,将看不到卫星,由几何关系可知:
观察者看不见此卫星的时间:
t=T=
答:(1)同步卫星的轨道半径为;
(2)春分那天(太阳光垂直照射赤道)从日落时刻起经时间该观察者看不见此卫星.
解析
解:设地球同步卫星的轨道半径为r,其受到的地球万有引力提供向心力,即:
对地面上的物体有:
由以上两式可得:
r=
如图所示,观察者从A点到B点的时间内,将看不到卫星,由几何关系可知:
观察者看不见此卫星的时间:
t=T=
答:(1)同步卫星的轨道半径为;
(2)春分那天(太阳光垂直照射赤道)从日落时刻起经时间该观察者看不见此卫星.
由于某种原因,人造地球卫星的轨道半径减小了,那么卫星的( )
正确答案
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F=F向
G=m
=mr(
)2
得:v=
T=2π
所以当轨道半径减小时,其速率变大,周期变小.
故选:A.
寻找地外文明一直是科学家们不断努力的目标.为了探测某行星上是否存在生命,科学家们向该行星发射了一颗探测卫星,卫星绕该行星做匀速圆周运动的半径为R,卫星的质量为m,该行星的质量为M,引力常量为G,试求:
(1)该卫星做圆周运动的向心力的大小;
(2)卫星的运行速度.
正确答案
解:(1)根据万有引力定律得
该卫星做圆周运动的向心力的大小F=
(2)研究人造卫星绕行星表面做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力列出等式
=
v=
答:(1)该卫星做圆周运动的向心力的大小是;
(2)卫星的运行速度是.
解析
解:(1)根据万有引力定律得
该卫星做圆周运动的向心力的大小F=
(2)研究人造卫星绕行星表面做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力列出等式
=
v=
答:(1)该卫星做圆周运动的向心力的大小是;
(2)卫星的运行速度是.
(2015春•邢台校级月考)假设人造卫星绕地球做匀速圆周运动,当卫星绕地球运动的轨道半径增大到原来的2倍时,则有( )
正确答案
解析
解:人造卫星做匀速圆周运动时,万有引力提供向心力,则得:
=
=m
A、线速度v=,卫星绕地球运动的轨道半径增大到原来的2倍时,
卫星运动的线速度将减小到原来的,故A错误,D正确;
B、卫星所受的向心力F=,卫星绕地球运动的轨道半径增大到原来的2倍时,所以向心力将减小到原来的四分之一.故B正确;
C、周期T=2π,卫星绕地球运动的轨道半径增大到原来的2倍时,卫星运动的周期将增大到原来的2
倍,故C错误;
故选:BD.
北斗导航系统中两颗卫星均绕地心做匀速圆周运动.某时刻两颗卫星分别位于同一圆轨道上的A、B两位置(如图所示),轨道半径为r.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.则两颗卫星的加速度大小______(选填“相同”或“不相同”),卫星1由位置A运动至位置B所需的最短时间为______.
正确答案
相同
解析
解:两颗卫星均绕地心做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力得:…①
在地球表面的物体:…②
根据①②式得:.可知这两颗卫星的加速度大小相等;
卫星的速度:…③,
卫星1由位置A运动至位置B所需的时间:=
.
故答案为:相同,.
已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,不考虑地球自转的影响.
(1)若测得引力常量为G,试“称量”地球的质量M;
(2)试推导每宇宙速度V的表达式;
(3)若卫星绕地球做匀速圆周运动,运动轨道距离地面高度为h,求卫星的周期T.
正确答案
解:(1)在地球表面的物体受到的重力等于万有引力,有:
=mg
M=,
(2)卫星绕地球表面附近做匀速圆周运动时受到的万有引力近似等于重力,设飞船的质量为m,地球的质量为M,则有:
mg=m
解得:v=,
(3)卫星围绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供圆周运动向心力有:
=m
,r=R+h
T=2π=2π
,
答:(1)地球的质量是;
(2)第一宇宙速度V的表达式是v=;
(3)若卫星绕地球做匀速圆周运动,运动轨道距离地面高度为h,卫星的周期是2π.
解析
解:(1)在地球表面的物体受到的重力等于万有引力,有:
=mg
M=,
(2)卫星绕地球表面附近做匀速圆周运动时受到的万有引力近似等于重力,设飞船的质量为m,地球的质量为M,则有:
mg=m
解得:v=,
(3)卫星围绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供圆周运动向心力有:
=m
,r=R+h
T=2π=2π
,
答:(1)地球的质量是;
(2)第一宇宙速度V的表达式是v=;
(3)若卫星绕地球做匀速圆周运动,运动轨道距离地面高度为h,卫星的周期是2π.
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