- 万有引力与航天
- 共16469题
神舟九号飞船于2012年6月16日从酒泉卫星发射中心发射升空,先后与天宫一号目标飞行器成功进行了自动和手动两次对接.图为对接前天宫一号、神舟九号飞船围绕地球沿圆轨道运行的示意图,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有:
A、周期知半径越大周期越大,故A正确;
B、线速度知半径越大线速度越小,故B错误;
C、向心加速度知半径越大,向心加速度越小,故C错误;
D、神舟九号飞船要与天宫一号对接,需要抬升轨道高度,根据卫星变轨原理要使神舟九号做离心运动,在万有引力一定的条件下做离心运动只有增加圆周运动所需的向心力即增加飞船的速度,故应该向后喷气,故D错误.
故选:A
在航天领域中,悬绳卫星是一种新兴技术,它要求两颗卫星都在圆周轨道上运动,且两颗卫星与地心连线始终在一条直线上,如图所示.已知悬绳的长度为L,其重力不计,卫星A、B的线速度分别为v1、v2,则下列说法的是( )
正确答案
解析
解:A、B据题知,两颗卫星与地心连线始终在一条直线上,都绕地心做匀速圆周运动,角速度必定相同,由v=rω,v∝r,所以v1<v2.故A错误,B正确.
C、假设悬绳没有作用力,两颗卫星均由万有引力提供向心力,根据卫星的速度公式v=和v=rω知,ω=
,A卫星的角速度大于B卫星的角速度,若两卫星与地心连线在一条直线上,则之后两者距离将拉大,所以悬线一定拉力,故C正确.
D、设悬绳的拉力大小为F,则
对B卫星:G+F=
,则得vB>
对C卫星:G=
,则得vC=
,可见两颗卫星的速度不等,所以在同一平面内同向运动,运动一段时间后B、C能相碰.故D正确.
本题选错误的,故选A
地球和某行星在同一轨道平面内同向绕太阳做匀速圆周运动.地球的轨道半径为R,运转周期为T.地球和太阳中心的连线与地球和行星的连线所夹的角叫地球对该行星的观察视角(简称视角).当行星处于最大视角处时,是地球上的天文爱好者观察该行星的最佳时期.该行星的最大视角为θ,如图所示.求该行星的轨道半径和运转周期.
正确答案
解:由几何知识可知,当视线与行星轨道相切时视角最大,所以行星轨道半径r=Rsinθ;
设太阳质量为M,地球周期为T,行星周期为T1,
对地球:
对行星:
联立解之得T1=
答:该行星的轨道半径为Rsinθ,运转周期为.
解析
解:由几何知识可知,当视线与行星轨道相切时视角最大,所以行星轨道半径r=Rsinθ;
设太阳质量为M,地球周期为T,行星周期为T1,
对地球:
对行星:
联立解之得T1=
答:该行星的轨道半径为Rsinθ,运转周期为.
一人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,假如该卫星变轨后仍做匀速圆周运动,动能减小为原来的,不考虑卫星质量的变化,则变轨后卫星的轨道半径______(填“变大”,“变小”或“不变”),前后角速度之比为______.
正确答案
变大
8:1
解析
解:卫星变轨后仍做匀速圆周运动,动能减小为原来的,
根据动能公式Ek=
所以速度大小减到原来的
卫星绕地球做圆周运动万有引力提供圆周运动向心力有:
得
由于线速度变为原来的可知,轨道半径变为原来的4倍
再根据万有引力提供圆周运动向心力有:
得卫星的角速度:
由于轨道变为原来的4倍,则可知角速度变为原来的
故答案为:变大,8:1
气象卫星是用来拍摄云层照片,观测气象资料和测量气象数据的.我国先后自行成功研制和发射了“风云Ⅰ号”和“风云Ⅱ号”两颗气象卫星,“风云Ⅰ号”卫星轨道与赤道平面垂直并且通过两极,称为“极地圆轨道”,每12h巡视地球一周.“风云Ⅱ号”气象卫星轨道平面在赤道平面内,称为“地球同步轨道”,每24h巡视地球一周,则“风云Ⅰ号”卫星比“风云Ⅱ号”卫星( )
正确答案
解析
解:
A、由题意,“风云Ⅰ号”卫星比“风云Ⅱ号”卫星运行周期小,借助于开普勒定律可知,“风云Ⅰ号”卫星的轨道半径小,要向更高轨道发射卫星需要克服重力做更多的功,故高轨道卫星比低轨道的卫星需要更大的发射速度,所以可知“风云Ⅰ号”卫星发射速度小,故A正确.
B、由卫星所受万有引力提供向心力,得:G=m
,v=
,可知轨道半径越大,线速度越小,所以“风云Ⅰ号”卫星线速度大,故B正确.
C、万有引力F=G,因为两卫星质量关系不清楚,不能判断万有引力的大小,故C错误.
D、由G=ma,得向心加速度 a=
,可知“风云Ⅰ号”卫星向心加速度大,故D正确.
故选:ABD
半径为R的圆周绕地球运动,如图所示,其周期为T,如果飞船要返回地面,可在轨道上某一点A处,将速率减小到适当数值,从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运行,椭圆和地球表面相切于B点.设地球半径为R0,问飞船从A点返回到地面B点所需时间为多长?
正确答案
解:根据题意得椭圆轨道的半长轴r=.
根据开普勒第三定律得,,
因为r=,解得T′=
T.
则飞船由A点到B点的运动时间t=
答:飞船由A点到B点所需的时间是
解析
解:根据题意得椭圆轨道的半长轴r=.
根据开普勒第三定律得,,
因为r=,解得T′=
T.
则飞船由A点到B点的运动时间t=
答:飞船由A点到B点所需的时间是
如图所示,飞行器P在赤道面绕地球做匀速圆周运动,运动方向与地球自转方向一致,已知地球相对飞行器P的张角为θ,地球的半径为R,地球的自转周期为T0,飞行器P的公转周期为T,万有引力常量为G,当地面通信基站观测到飞行器时,两者就可以进行点对点直接通信,忽略信号的传输时间.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、设飞行器的轨道半径为r,由几何知识可得 r=Rcot
,则知θ越小,r越大,根据开普勒第三定律得知飞行器P的运行周期越大,故A正确,B错误.
C、飞行器P绕地球做匀速圆周运动,由地球的万有引力提供向心力,则有
G=m
结合 r=Rsin,解得 M=
,故C正确.
D、设赤道上固定的一个地面通信基站在T0的时间内可以与飞行器通信的总时间为t,则有
(-
)t=2(
)
解得 t=,故D错误.
故选:A.
2009年5月,航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后,在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,B为轨道Ⅱ上的一点,如图,关于航天飞机的运动,下列说法中正确的有( )
正确答案
解析
解:A、根据开普勒定律可知,卫星在近地点的速度大于在远地点的速度,故A正确;
B、当航天飞机在轨道Ⅱ上A点加速,做离心运动才能变轨到Ⅰ上,故在轨道Ⅱ上经过A的速度小于在Ⅰ上经过A点的速度,B正确.
C、根据万有引力提供向心力,列出等式:G=ma,
解得:a=,在轨道Ⅱ上经过A的加速度应等于在轨道Ⅰ上经过A的加速度,故C错误.
D、在轨道Ⅱ上运动时处失重状态,在轨道Ⅰ上运动时处失重状态,故D错误;
故选:AB.
质量为m的卫星围绕地球做匀速圆周运动,离地高度是地球半径的2倍.已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g.求:
(1)卫星在轨道上和在地面上受到的万有引力大小之比;
(2)卫星在轨道上的动能.
正确答案
解:(1)由引力表达式:
得:
(2)引力提供向心力: 又
得:
则:
答:(1)卫星在轨道上和在地面上受到的万有引力大小之比为1:9;
(2)卫星在轨道上的动能为
解析
解:(1)由引力表达式:
得:
(2)引力提供向心力: 又
得:
则:
答:(1)卫星在轨道上和在地面上受到的万有引力大小之比为1:9;
(2)卫星在轨道上的动能为
2014年3月8日凌晨马航客机失联后,西安卫星测控中心紧急调动海洋、风云、高分、遥感4个型号近10颗卫星,为地面搜救提供技术支持.特别是“高分一号”突破了空间分辨率、多光谱与大覆盖面积相结合的大量关键技术.如图为“高分一号”与北斗导航系统两颗卫星在空中某一面内运动的示意图.“北斗”系统中两颗卫星“G1”和“G3”以及“高分一号”均可认为绕地心O做匀速圆周运动.卫星“G1”和“G3”的轨道半径均为r,某时刻两颗工作卫星分别位于轨道上的A、B两位置,“高分一号”在C位置.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.则以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:在地球表面有:,可得GM=gR2
A、卫星“G1”和“G3”的加速度大小满足,则卫星加速度大小为
=
,故A错误;
B、根据万有引力提供向心力,得
=
.所以卫星1由位置A运动到位置B所需的时间t=
=
.故B错误;
C、“高分一号”卫星加速,将做离心运动,轨道半径变大,才能到达卫星“G3”所在的轨道,故C错误;
D、“高分一号”是低轨道卫星,其所在高度有稀薄气体,克服阻力做功,机械能减小,卫星轨道高度变小,据v=可知卫星的速度增大,故D正确.
故选:D.
动能相等的两颗人造地球卫星A、B的轨道半径之比为RA:RB=1:3,它们的角速度之比为ωA:ωB=______,质量之比mA:mB=______.
正确答案
1:3
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有:=
可得:
所以有:=
卫星的线速度为:
所以有:
又两卫星动能相等有:
所以有:
故答案为:,1:3
如图所示,a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运动的三颗卫星,且b和c在同一个轨道上,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解: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
r,解得:T=2π
,由于ra<rb=rc,则:Ta<Tb=Tc,故A正确;
B、由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,由于ra<rb=rc,则:va>vb=vc,故B错误;
C、b加速后做圆周运动需要的向心力变大,所需向心力小于在该轨道上受到的万有引力,b做离心运动,轨道半径变大,不可能与c对接,故C错误;
D、由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,由于a的轨道半径大于地球半径,则a的线速度小于第一宇宙速度,故D正确;
故选:AD.
某人造卫星运动的轨道可近似看作是以地心为中心的圆.该卫星到地心的距离从r1慢慢减小到r2,用v1、v2;EKl、EK2;T1、T2;a1、a2分别表示卫星在这两个轨道上的速度、动能、周期和向心加速度,则下列说法错误的是( )
正确答案
解析
解:卫星在圆轨道上绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供圆周运动向心力有:
则:
A、线速度得,因为r1>r2,所以v1<v2,故A错误;
B、由A分析知v1<v2,据,知Ek1<Ek2,故B正确;
C、周期,因为r1>r2,所以T1>T2,故C正确;
D、向心加速度a=,因为r1>r2,所以a1<a2,故D正确.
因为选择错误的,故选:A.
两个人造地球卫星,其轨道半径比R1:R2=2:1,求:
(1)向心加速度之比
(2)线速度之比
(3)角速度之比
(4)运动周期之比.
正确答案
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==ma=m
=mω2r=m
,
(1)向心加速度a=,轨道半径比R1:R2=2:1,
所以向心加速度之比是a1:a2=1:4.
(2)线速度v=,轨道半径比R1:R2=2:1,
所以线速度之比v1:v2=:2.
(3)角速度ω=,轨道半径比R1:R2=2:1,
所以角速度之比ω1:ω2=:4,
(4)周期T=2π,轨道半径比R1:R2=2:1,
所以运动周期之比T1:T2=:1,
答:(1)向心加速度之比是1:4.
(2)线速度之比是:2.
(3)角速度之比是:4.
(4)运动周期之比是:1.
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==ma=m
=mω2r=m
,
(1)向心加速度a=,轨道半径比R1:R2=2:1,
所以向心加速度之比是a1:a2=1:4.
(2)线速度v=,轨道半径比R1:R2=2:1,
所以线速度之比v1:v2=:2.
(3)角速度ω=,轨道半径比R1:R2=2:1,
所以角速度之比ω1:ω2=:4,
(4)周期T=2π,轨道半径比R1:R2=2:1,
所以运动周期之比T1:T2=:1,
答:(1)向心加速度之比是1:4.
(2)线速度之比是:2.
(3)角速度之比是:4.
(4)运动周期之比是:1.
地球的半径为R,质量为M,在离地球赤道正上方h高处有一质量为m地球同步卫星,则同步卫星与地球的万有引力大小为______.
正确答案
解析
解:同步卫星与地球的万有引力大小F=.
故答案为:.
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