- 万有引力与航天
- 共16469题
“嫦娥二号”卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨,顺利进入近月圆形轨道工作.已知“嫦娥二号”绕月运动的周期约为118分钟,月球绕地球运动的轨道半径与“嫦娥二号”绕月球运动的轨道半径之比约为220.利用上述数据以及日常天文知识,可估算出地球对“嫦娥二号”绕月运动时的万有引力与此时月球对它的万有引力的比值约为( )
正确答案
解析
解:设地球和月球对“嫦娥二号”卫星的引力分别为F1和F2.已知r月卫=100km=105m,T月卫=118min=7080s,由于月球距离r月地远大于r月卫,
则地球与“嫦娥二号”卫星的距离r月卫≈r地月=220r月卫.
对于月球,有 G=m
,
T月≈30天=30×24×3600s,r月地=220r月卫=220×105m,G=6.67×10-11N•kg2/m2,解得,M≈6×1024kg
对于卫星,有 F1=G,F2=m
,
代入解得,≈2×10-3.
故选:B
2013年6月20日上午10时,中国载人航天史上的首堂太空授课开讲,主讲人女航天员王亚平告诉我们一个很奇妙的现象,就是她们每天在“天宫一号”中都可以看到16次日出日落,已经地球半径为R,地表的重力加速度为g,地球自转周期为T,则下列选项中不能得出的是( )
正确答案
解析
解:由于在天宫一号上每天可以看到16次日出日落,可心得出天宫一号的运行周期T.
因为不知道王亚平的质量,故不能计算出地球对她的引力,故A不能得出;
地球表面重力和万有引力相等有:得:GM=gR2…①
天宫一号中万有引力提供圆周运动向心力有:…②
由①和②式可得:,故C可以得出;
由可得:
天宫一号处的重力加速度为:,天宫一号的线速度为:
所以BD都可以算出.
因为选择不能得出的是,故选:A
如图所示a、b是绕地球做圆周运动的两颗卫星,它们距地球表面的高度分别是R和2R(R为地球半径)下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力为:=ma,
得:,
,
,
.
所以:
A、根据得:
,故A错误.
B、根据得:
,故B错误.
C、根据得:
,故C正确.
D、根据得:
,故D错误.
故选:C.
如图所示,在地球上空有三颗卫星A、B、C.B、C在同一轨道上,A的轨道比B、C的轨道稍低,它们都以地球为中心做匀速圆周运动,且运动方向相同,若在某个时刻A、B相距最近,C在B的后面不远处,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、T=可知A的周期小于B的周期,则AA转过一个周期时B不到一个周期,则不相距最近,A在B的前面,A错误,B正确
C、要使C与B交接,可采取的措施是对C先减速进入较低轨道,再加速进入原轨道与B对接,则C正确
D、当A比B多转一圏时又在一条线上且相距最近.则D正确,
故选:BCD
某一人造卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为月球绕地球轨道半径的,则此卫星运行的周期大约是( )
正确答案
解析
解;根据得,T=
则卫星与月球的周期之比为.
月球绕地球运行周期大约为27天,
则卫星的周期为T星═5.77 天.故B正确,A、C、D错误.
故选B.
北斗卫星导航系统是我国正在自主研发的全球卫星导航系统,该系统由空间端(卫星)、地面端(中心控制系统)和用户端(导航定位仪)三部分组成,预计2020年形成全球覆盖能力.目前正在试用的“北斗一号”卫星导航试验系统也称“双星定位导航系统”,利用两颗地球同步静止轨道卫星为用户提供快速定位导航服务.
(1)已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,地球自转周期为T,求“北斗一号”同步静止轨道卫星距地面的高度;
(2)双星定位导航系统的工作原理可简化为如下过程(其示意图如图甲所示):中心控制系统首先向卫星发出询问信号,经卫星Ⅰ转发到达用户端S,用户接收到该信号并同时向两颗卫星发出定位响应信号,分别经卫星Ⅰ、卫星Ⅱ传送回中心控制系统,中心控制系统分别记录下从发出询问信号到接收到经卫星Ⅰ、卫星Ⅱ传回的两个响应信号的时间.因为控制中心到两颗卫星的距离一定,所以可以利用信号从用户分别传送到卫星Ⅰ和卫星Ⅱ的时间,计算出用户所在的位置.在卫星Ⅰ、卫星Ⅱ和用户S所在的平面内建立平面直角坐标系如图乙所示,卫星Ⅰ、卫星Ⅱ的坐标分别为(-L,0)和(L,0),已知电磁波的传播速率为c,不计大气层对信号传播的影响.若地面控制中心测出电磁信号从用户S传送到卫星Ⅰ所用的时间为t1,从用户S传送到卫星Ⅱ所用的时间为t2,求用户S在此平面内的位置.
正确答案
解:(1)设地球的质量为M,“北斗一号”卫星的质量为m,其轨道高度为h,
根据牛顿第二定律和万有引力定律=
对地面上质量为m0的物体 =m0g
联立上述二式,可解得:h=-R
(2)①设用户S的坐标为(x,y),
根据题意及几何关系,有(x+L)2+(y-0)2=(ct1)2
(x-L)2+(y-0)2=(ct2)2
解得S的位置坐标为(,
)
或(,
).
答:(1)“北斗一号”同步静止轨道卫星距地面的高度是-R,
(2)用户S在此平面内的位置是坐标为(,
)或(
,
).
解析
解:(1)设地球的质量为M,“北斗一号”卫星的质量为m,其轨道高度为h,
根据牛顿第二定律和万有引力定律=
对地面上质量为m0的物体 =m0g
联立上述二式,可解得:h=-R
(2)①设用户S的坐标为(x,y),
根据题意及几何关系,有(x+L)2+(y-0)2=(ct1)2
(x-L)2+(y-0)2=(ct2)2
解得S的位置坐标为(,
)
或(,
).
答:(1)“北斗一号”同步静止轨道卫星距地面的高度是-R,
(2)用户S在此平面内的位置是坐标为(,
)或(
,
).
两颗质量之比m1:m2=1:4的人造地球卫星,只在万有引力的作用之下,环绕地球运转.如果它们的轨道半径之比r1:r2=2:1,那么它们的动能之比为( )
正确答案
解析
解:
由万有引力表达式:
mv2=
则动能表达式为:
带入质量和半径的可以得到:
Ek1:Ek2=1:8,故B正确
故选B
已知万有引力恒量G后,要计算地球的质量,还必须知道某些数据,现在给出下列各组数据,可以算出地球质量的有( )
正确答案
解析
解:A.以太阳为中心天体列相关公式时,地球质量都会被约掉,所以无法求解. 故不选A
B.已知月球运行周期和轨道半径,由万有引力提供向心力,有
可得地球质量为,故B正确
C.同上,由万有引力提供向心力,有
①
又 ②
解①②两式即可求出地球质量M,故C正确
D.同步卫星周期可作为已知量,但由于地球半径未知,所以无法确定其轨道半径,
不能用相关方程求解,故不选D
故选BC.
我国发射的“神舟六号”载人飞船,与“神舟五号”飞船相比,它在更高的轨道上绕地球做匀速圆周运动,如图所示,下列说法中正确的是( )
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
=mω2r=m
=ma=m
r
A、v=,“神舟六号”载人飞船的轨道半径大于“神舟五号”飞船的轨道半径,所以“神舟六号”的速度较小,故A正确;
B、ω=,“神舟六号”载人飞船的轨道半径大于“神舟五号”飞船的轨道半径,所以“神舟六号”的角速度较小,故B错误;
C、T=2π,“神舟六号”载人飞船的轨道半径大于“神舟五号”飞船的轨道半径,所以“神舟六号”的周期更长,故C错误;
D、a=,“神舟六号”载人飞船的轨道半径大于“神舟五号”飞船的轨道半径,所以“神舟六号”的加速度更小,故D正确;
故选:AD.
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,解得:v=
,
.可知轨道半径越大,速度、角速度都越小,由图可知A的轨道半径大,故A的线速度和角速度都小,故AB正确;
C、由于不知道AB两颗卫星的质量关系,所以无法判断重力大小,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:ABD.
2012年2月8日,欧洲航天局的“火星快车”号探测飞船利用雷达探测到火星表面有海床沉积物的迹物,为证明火星表面曾经被海洋覆盖提供了有力证据.如图所示,“火星快车”号探测飞船到达火星附近后,先沿椭圆轨道I运动,P是近地点、Q是远地点,变轨后沿圆形轨道Ⅱ运动,下列正确的是( )
正确答案
解析
解:A、飞船在轨道Ⅰ上从到的过程中万有引力做负功,根据动能定理可知,飞船的动能减小,故A正确;
B、由开普勒第三定律,可知飞船沿轨道Ⅰ运行的周期大于沿轨道Ⅱ运行的周期,故B错误;
C、飞船从轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅰ,要在P点加速做离心运动,所以飞船沿轨道Ⅰ经点时的速度大于沿轨道Ⅱ经点时的速度,故C正确;
D、根据万有引力提供向心力,可知无论在哪个轨道飞船在P处的加速度都为 a=G
,故D选错误.
故选:AC.
如图所示,是某次发射人造卫星的示意图,人造卫星先在半径为r的近地圆周轨道1上运动,然后改在椭圆轨道2上运动,最后在半径为7r的圆周轨道3上运动,a点是轨道1、2的交点,b点是轨道2、3的交点,人造卫星在轨道1上a点的速度为v1a,在轨道2上a点的速度为v2a,在轨道2上b点的速度为v2b,在轨道3上b点的速度为v3b,已知卫星在圆轨道运行时的引力势能为Ep=-
选择无穷远处为势能零点,r是卫星与中心天体的球心距,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T=2π
轨道3的周期最大,则所给比式不对,故A错误;
B、C、卫星在轨道1和轨道3上做匀速圆周运动,根据卫星的速度公式v=分析可知,
轨道半径越小,卫星的速度越大,则有v1a>v3b.
卫星在轨道2上做椭圆运动,根据开普勒第二定律得知,v2a>v2b.
卫星从轨道1变轨到轨道2,在a点加速,则有v2a>v1a.
卫星从轨道2变轨到轨道3,在b点加速,则有v3b>v2b.
所以v2a>v1a>v3b>v2b. 则B错误,C正确;
D、1轨道上的机械能为:E=m
+
,
3轨道上的机械能为:E′=m
+
,则两者之比为7:1,故D错误;
故选:C
甲、乙、丙为三颗地球卫星,其中甲为地球同步卫星,乙和丙在同一个轨道一前一后(乙在前丙在后)且运行高度低于甲的运行高度,三卫星轨道均可视为圆轨道.下列判断正确的是( )
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
F=
A、T=,甲的半径大于丙的半径,则甲的周期大于丙的周期,故A错误;
B、a=,甲的半径大于乙的半径,则甲的加速度小于乙的加速度,故B正确;
C、同步卫星有四个“定”:定轨道、定高度、定速度、定周期,定轨道是指轨道只能在赤道上空某一高度,故甲在运行时不可能经过北极的正上方,故C错误;
D、两颗人造卫星一前一后在同一轨道上沿同一方向绕行,若要后一卫星追上前面卫星,必须从低轨道加速才能实现.若在同一轨道上加速时卫星将做离心运动,半径增大,不能实现,故D错误.
故选:B
两颗人造地球卫星A、B的质量之比mA:mB=1:2,轨道半径之比rA:rB=1:3,则此时它们的线速度之比vA:vB=______,向心力之比FA:FB=______.
正确答案
:1
9:2
解析
解:卫星圆周运动时由万有引力提供圆周运动向心力有:
可得线速度
所以有
卫星圆周运动的向心力由万有引力提供有
所以有:
故答案为:;9:2
“天宫一号”与“神舟八号”交会对接成功,标志着我国对接技术上迈出了重要一步.如图所示为二者对接前做圆周运动的情形,M代表“神舟八号”,N代表“天宫一号”,则( )
正确答案
解析
解:A、神舟八号绕地球飞行,故其发射速度小于第二宇宙速度,故A错误;
B、神舟八号轨道半径低,适当加速后神舟八号做离心运动可实现与高轨道的天宫一号对接,故B正确;
C、根据万有引力提供圆周运动向心力可得卫星线速度
,由于M的轨道半径小于N,故M的运行速度大于N,所以C正确;
D、对接后,它们一起绕地球圆周运动,故其速度小于第一宇宙速度,故D错误.
故选:BC.
扫码查看完整答案与解析