- 万有引力与航天
- 共16469题
两颗人造卫星绕地球做匀速圆周运动,它们的质量之比mA:mB=1:2,轨道半径之比rA:rB=3:1,某一时刻它们的连线恰好通过地心,下列说法中错误的是( )
正确答案
解析
解:设地球质量为M;
A、由牛顿第二定律得:G=m
,解得,卫星的线速度:v=
,两卫星的速度之比:
=
=
=
,故A正确;
B、由牛顿第二定律得:G=ma,解得,卫星的向心加速度a=
,两卫星的向心加速度之比:
=
=
=
,故B正确;
C、万有引力提供向心力,向心力之比:=
=
=
×
=
,故C正确;
D、由牛顿第二定律得:G=m
r,解得,卫星的周期:T=2π
,两卫星的周期之后:
=
=
=
,故D错误;
本题选错误的,故选:D.
曲线上某处的曲率半径反映的是曲线的弯曲程度,曲率半径越小,说明曲线弯曲的程度越高;曲率半径相同,曲线弯曲程度相同.如图所示,发射卫星时先让卫星在近地轨道1上做圆周运动,后让卫星在以地球为一个焦点的椭圆轨道2上运动,最后让卫星进入同步轨道3做圆周运动.已知地球的半径为R,地球表面的重力加速度为g,同步轨道的半径为r0,卫星的质量为m0.当质量为m的卫星离地心的距离为r时,其引力势能的表达式为Ep=-
(式中M为地球质量),不计近地轨道距地面的高度.
(1)求卫星在近地轨道的线速度v1,和在同步轨道的线速度v3.
(2)卫星在椭圆轨道2上近地点处、远地点处的运动均可当作圆周运动处理,圆周运动的半径可用近、远地点处的曲率半径ρ(未知)来表示,求卫星在轨道2上运动时经过近地点的速率v1′和远地点的速率v2′之比.
(3)需要给卫星提供多少能量才能使其从轨道2的远地点变轨到轨道3上?
正确答案
解:(1)根据万有引力提供向心力,
对于近地卫星,由于卫星贴近地球表面,则
G=m
①
对于同步卫星,有
G=m
②
又对于物体在地球表面时,万有引力近似等于重力,则有
m′g=G ③
由①②③解得,v1=,v3=
(2)已知远、近地点的曲率半径为ρ,
对于近地点:G=m
,
对于远地点:G=m
,
所以v1′:v2′=r0:R.
(3)卫星在椭圆轨道2上近地点处,有引力势能为Ep1=-,动能为Ek1=
=
•
=
轨道3上卫星的引力势能为 Ep2=-,动能为Ek2=
=
设需要给卫星提供能量为E时,能使其从轨道2的远地点变轨到轨道3上,根据能量守恒得:
E=(Ep2+Ek2)-(Ep1+Ek1)=(-+
)-(-
+
)=-
+
+
-
.
答:(1)卫星在近地轨道的线速度v1为,在同步轨道的线速度v3为
.
(2)卫星在轨道2上运动时经过近地点的速率v1′和远地点的速率v2′之比为r0:R.
(3)需要给卫星提供-+
+
-
的能量才能使其从轨道2的远地点变轨到轨道3上.
解析
解:(1)根据万有引力提供向心力,
对于近地卫星,由于卫星贴近地球表面,则
G=m
①
对于同步卫星,有
G=m
②
又对于物体在地球表面时,万有引力近似等于重力,则有
m′g=G ③
由①②③解得,v1=,v3=
(2)已知远、近地点的曲率半径为ρ,
对于近地点:G=m
,
对于远地点:G=m
,
所以v1′:v2′=r0:R.
(3)卫星在椭圆轨道2上近地点处,有引力势能为Ep1=-,动能为Ek1=
=
•
=
轨道3上卫星的引力势能为 Ep2=-,动能为Ek2=
=
设需要给卫星提供能量为E时,能使其从轨道2的远地点变轨到轨道3上,根据能量守恒得:
E=(Ep2+Ek2)-(Ep1+Ek1)=(-+
)-(-
+
)=-
+
+
-
.
答:(1)卫星在近地轨道的线速度v1为,在同步轨道的线速度v3为
.
(2)卫星在轨道2上运动时经过近地点的速率v1′和远地点的速率v2′之比为r0:R.
(3)需要给卫星提供-+
+
-
的能量才能使其从轨道2的远地点变轨到轨道3上.
甲、乙两颗人造地球卫星围绕地球做匀速圆周运动,它们的质量之比m1:m2=1:2,它们圆周运动的轨道半径之比为r1:r2=1:2,下列关于卫星的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:卫星运动过程中万有引力提供圆周运动的向心力有:
A、线速度有
,故A正确;
B、周期T=有
,故B正确;
C、加速度a=有
,故C正确;
D、,故D正确.
故选:AC.
把卫星的运动近似看作匀速圆周运动,则离地球越远的卫星( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有:
A、线周期T=,r越大周期越大,故A错误;
B、线速度v=,r越大,线速度越小,故B错误;
C、角速度,r越大,角速度越小,故C正确;
D、加速度a=,r越大,加速度越小,故D正确.
故选:BCD
2010年11月3日,我国发射的“嫦娥二号”卫星,开始在距月球表面约100km的圆轨道上进行 长期的环月科学探测试验;2011年11月3日,交会对接成功的“天宫一号”和“神舟八号”连接体,在距地面约343km的圆轨道上开始绕地球运行.已知月球表面的重力加速度约为地球表面重力加速度的,月球半径约为地球半径的
.将“嫦娥二号”和“天宫一神八连接体”在轨道上的运动都看作匀速圆周运动,用v1、T1和v2、T2分别表示“嫦娥二号”和“天宫一神八连接体”在轨道上运行的速度、周期,则关于
的值,最接近的是(可能用到的数据:地球的半径R地=6400km,地球表面的重力加速度g=9.8m/s2)( )
正确答案
解析
解:“天宫一神八连接体”在近地空间运行时,根据重力提供向心力公式有:
mg地==m
①
“嫦娥二号”绕月球表面运行时,根据重力提供向心力公式有:
mg月==m
②
由①②解得,
.
故选C.
如图所示,a、b、c是地球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,则( )
正确答案
解析
解:A、C、根据万有引力提供向心力得,,解得
,
,
,轨道半径越大,周期越大,线速度、加速度越小.所以b、c的周期相同,大于a的周期.b、c的线速度相等,小于a的线速度.故A正确、C错误.
B、b、c的向心加速度相等,小于a的向心加速度.因为a、b质量相同,且小于c的质量,可知b所需向心力最小.故C错误.
D、发射速度都必定大于11.2 km/s,它们将脱离地球的束缚,不在绕地球运动.故D错误.
故选:A.
我国发射的某颗人造卫星做匀速圆周运动的轨道距离地面的高度恰好等于地球半径,设地球是均匀的球体,已知同步卫星的周期是24h,线速度约为3.1km/s,第一宇宙速度为7.9km/s,则对这颗卫星的描述,正确的是( )
正确答案
解析
解:A、地球对人造卫星的万有引力充当向心力,所以该人造卫星只能绕着地心做匀速圆周运动,故A错误;
B、根据知,r越大,T越小,同步卫星周期为24h,且其半径比人造卫星小,所以人造卫星的周期小于24h,故B错误;
C、第一宇宙速度V==7.9km/s,卫星的线速度V′=
=
>3.1km/s,故C正确;
D、由B知,人造卫星的周期小于同步卫星,则角速度大于同步卫星,也大于地球的自转角速度,故D错误.
故选:C.
2011年9月29日,中国首个空间实验室“天宫一号”在酒泉卫星发射中心发射升空,如图所示,由长征运载火箭送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道上,B点距地面高度为h,地球的中心位于椭圆的一个焦点上.“天宫一号”飞行数圈后变轨,进入预定圆轨道,已知“天宫一号”在预定圆轨道上飞行n圈所用时间为t,引力常量为G,地球半径为R.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、“天宫一号”在预定圆轨道上飞行n圈所用时间为t,故周期为T=,根据万有引力提供向心力
,得地球的质量M=
,故A错误;
B、根据万有引力定律和牛顿第二定律,得
,故“天宫一号”在椭圆轨道的B点的向心加速度等于在预定圆轨道的B点的向心加速度,故B错误.
C、“天宫一号”从A点开始沿椭圆轨道向B点运行的过程中,只受到地球的引力,只有地球的引力做功,故机械能守恒,故C正确.
D、“天宫一号”从A点开始沿椭圆轨道向B点运行的过程中,距离地球原来越远,地球的引力做负功,根据动能定理可知,动能越来越小,故D正确.
故选:CD.
1970年4月25日18点,新华社授权向全世界宣布:1970年4月24日,中国成功地发射了第一颗人造卫星,卫星向全世界播送“东方红”乐曲.已知卫星绕地球一圈所用时间T=114分钟,地球半径R=6400km,并测出这颗卫星的离地平均高度为h=1.4×106m,由此得出
(1)地球质量为多少千克?
(2)在地球发射卫星的第一宇宙速度为多少?
正确答案
解:(1)卫星围绕地球做匀速圆周运动,由地球对卫星的万有引力提供卫星所需的向心力.则
G=m
r
则得 M==
kg=6.0×1024kg
(2)根据G=m
得:
v==
m/s=8×103m/s
答:
(1)地球质量为6.0×1024kg.
(2)在地球发射卫星的第一宇宙速度为8×103m/s.
解析
解:(1)卫星围绕地球做匀速圆周运动,由地球对卫星的万有引力提供卫星所需的向心力.则
G=m
r
则得 M==
kg=6.0×1024kg
(2)根据G=m
得:
v==
m/s=8×103m/s
答:
(1)地球质量为6.0×1024kg.
(2)在地球发射卫星的第一宇宙速度为8×103m/s.
两颗人造地球卫星,它们的质量之比为m1:m2=1:2,它们的轨道半径之比为R1:R2=1:3,那么它们所受的向心力之比F1:F2=______;它们的向心加速度之比a1:a2=______.
正确答案
9:2
9:1
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
则:=
=
=
故答案为:9:2 9:1
不可回收的航天器在使用后,将成为太空垃圾.如图所示是在地球附近绕地球做匀速圆周运动的太空垃圾示意图,以下对太空垃圾的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:太空垃圾进入大气层受空气阻力,速度减小,所需的向心力减小,万有引力大于向心力,做向心运动.根据万有引力提供向心力F=G=m
=mr
=mrω2,得v=
,当太空垃圾运行的轨道半径r缓慢变低,其速度v反而越来越大、周期减小、角速度增大、受的万有引力减小.
故选:B
(1)一物块在粗糙水平面上,受到的水平拉力F随时间t变化如图(a)所示,速度v随时间t变化如图(b)所示(g=10m/s2).求:①1秒末物块所受摩擦力f的大小.
②物块质量m.③物块与水平面间的动摩擦因数μ.
(2)一卫星绕某行星作匀速圆周运动,已知行星表面的重力加速度为g行,行星的质量M与卫星的质量m之比 M/m=81,行星的半径R行与卫星的半径R卫之比R行/R卫=3.6,行星与卫星之间的距离r与行星的半径R行之比r/R行=60.设卫星表面的重力加速度为g卫,则在卫星表面有:G=mg卫 …
经过计算得出:卫星表面的重力加速度为行星表面的重力加速度的三千六百分之一.上述结果是否正确?若正确,列式证明;若错误,求出正确结果.
正确答案
解:1、
(1)由图(a)中可知,当t=1s时,F1=f1=4N
(2)由图(b)中可知,当2s~4s内,物块做匀加速运动,加速度大小为
a==
m/s2=2m/s2
由牛顿第二定律,有
F2-μmg=ma
在4s~6s内,物块做匀速运动,则有
F3=f3=μmg
所以联立得 m==
kg=2kg
(3)由F3=f3=μmg 得
μ==
=0.4
答:
(1)1秒末物块所受摩擦力f的大小是4N;
(2)物块质量m为2kg;
(3)物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.4.
2、解:所得的结果是错误的.
①式中的g卫并不是卫星表面的重力加速度,而是卫星绕行星作匀速圆周运动的向心加速度.
正确解法是
在卫星表面: ①
在行星表面: ②
由①②得:
∴g卫=0.16g行
答:上述结果是错误的,卫星表面的重力加速度为行星表面的重力加速度的0.16倍.
解析
解:1、
(1)由图(a)中可知,当t=1s时,F1=f1=4N
(2)由图(b)中可知,当2s~4s内,物块做匀加速运动,加速度大小为
a==
m/s2=2m/s2
由牛顿第二定律,有
F2-μmg=ma
在4s~6s内,物块做匀速运动,则有
F3=f3=μmg
所以联立得 m==
kg=2kg
(3)由F3=f3=μmg 得
μ==
=0.4
答:
(1)1秒末物块所受摩擦力f的大小是4N;
(2)物块质量m为2kg;
(3)物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.4.
2、解:所得的结果是错误的.
①式中的g卫并不是卫星表面的重力加速度,而是卫星绕行星作匀速圆周运动的向心加速度.
正确解法是
在卫星表面: ①
在行星表面: ②
由①②得:
∴g卫=0.16g行
答:上述结果是错误的,卫星表面的重力加速度为行星表面的重力加速度的0.16倍.
某行星的卫星,在接近行星的轨道上运动,若要计算行星的密度,唯一要测量出的物理量是( )
正确答案
解析
解:根据密度公式得:ρ=
A、已知行星的半径,不知道质量,无法求出行星的密度,故A错误.
B、已知卫星的半径,无法求出行星的密度,故B错误.
C、已知飞船的运行速度,根据根据万有引力提供向心力,列出等式可以表示出行星的质量,但是代入密度公式无法求出行星的密度,故C错误.
D、根据根据万有引力提供向心力,列出等式:G=m
R
得行星的质量:M=
代入密度公式得:ρ=,
故选:D.
“嫦娥三号”于2013年12月02日由长征三号乙运载火箭从西昌卫星发射中心发射,12月6日抵达月球轨道,在轨道高度100公里的圆形轨道环月飞行,后制动进入近月高度15公里,远月高度100公里的椭圆形轨道飞行,如图所示,下列关于“嫦娥三号”在两轨道上运动的说法正确的是 ( )
正确答案
解析
解:A、卫星先在圆开轨道上环月飞行时,万有引力等于向心力,卫星要进入椭圆轨道需要做近心运动,则卫星进入椭圆轨道时要在圆形轨道上减速,故卫星的机械能减小,所以A正确;
B、由A分析知,B错误;
C、根据开普勒行星运动定律知,轨道半径大的周期大可知,圆周轨道上半径大于椭圆轨道上的半长轴,故圆轨道上周期大,所以C错误;
D、根据万有引力提供圆周运动向心力可得卫星运行线速度
知,轨道半径大的线速度小,在椭圆轨道上的近月点的速度大于在该点圆轨道上环绕地球做圆周运动的线速度,故D错误.
故选:A
在2008年9月27日“神舟七号”宇航员翟志刚顺利完成出舱活动,他的第一次太空行走标志着中国航天事业全新的时代即将到来.“神舟七号”围绕地球做圆周运动时所需的向心力是由______提供,宇航员翟志刚出舱任务之一是取回外挂的实验样品,假如不小心实验样品脱手(相对速度近似为零),则它______(填“会”或“不会”)做自由落体运动.设地球半径为R、质量为M,“神舟七号”距地面高度为h,引力常数为G,试求“神舟七号”此时的速度大小.
正确答案
解:“神舟七号”围绕地球做圆周运动时所需的向心力是由万有引力提供,假如不小心实验样品脱手(相对速度近似为零),则它会相对神舟七号静止,不会做自由落体运动.
由匀速圆周运动可知:.
解得线速度v=.
故答案为:万有引力; 不会.
线速度的大小为
解析
解:“神舟七号”围绕地球做圆周运动时所需的向心力是由万有引力提供,假如不小心实验样品脱手(相对速度近似为零),则它会相对神舟七号静止,不会做自由落体运动.
由匀速圆周运动可知:.
解得线速度v=.
故答案为:万有引力; 不会.
线速度的大小为
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