- 万有引力与航天
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两颗人造地球卫星A、B绕地球做圆周运动,周期之比为TA:TB=1:8,则轨道半径之比为( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动的向心力有:
可得半径:
得:=
故选:B
世界上第一颗人造地球卫星绕地球运动轨道的直径比第二颗短8000km,第一颗人造卫星绕地球运转的周期为92.2分钟.
(1)第一颗人造卫星的轨道直径为多少?
(2)第二颗人造卫星绕地球运转的周期.(己知地球质量M=5.89×1024kg)
正确答案
解:人造卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力;
T1=92.2分钟=5532s,8000km=8×106m,4000km=4×106m;
(1)由牛顿第二定律得:G=m
r1,
解得:r1=6.73×106m=6.73×103km,直径:d1=2r1=1.346×104km;
(2)由题意可知:r2=r1+4×106m=1.073×107m=1.073×104km,
由牛顿第二定律得:G=m
r2,
解得:T2=1.1136×104s=185.6min;
答:(1)第一颗人造卫星的轨道直径为1.346×104km.
(2)第二颗人造卫星绕地球运转的周期为185.6min.
解析
解:人造卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力;
T1=92.2分钟=5532s,8000km=8×106m,4000km=4×106m;
(1)由牛顿第二定律得:G=m
r1,
解得:r1=6.73×106m=6.73×103km,直径:d1=2r1=1.346×104km;
(2)由题意可知:r2=r1+4×106m=1.073×107m=1.073×104km,
由牛顿第二定律得:G=m
r2,
解得:T2=1.1136×104s=185.6min;
答:(1)第一颗人造卫星的轨道直径为1.346×104km.
(2)第二颗人造卫星绕地球运转的周期为185.6min.
我国预计2015年建成由30多颗卫星组成的“北斗二号”卫星导航定位系统,此系统由中轨道、高轨道和同步轨道卫星等组成.现在正在服役的“北斗一号”卫星定位系统的三颗卫星都定位在离地面3.6×107m的地球同步轨道上,而美国的全球卫星定位系统(简称GPS)由24颗卫星组成,这些卫星离地面高度均为2.0×107m,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、GPS的卫星比“北斗一号”的卫星轨道半径小,根据开普勒第三定律=k得知,其周期也比“北斗一号”的卫星周期短;根据环绕速度公式v=
,GPS的卫星比“北斗一号”的卫星速度大;故A正确;
B、根据万有引力等于卫星的向心力可知,人造卫星的轨道半径、速度与卫星的质量无关,所以“北斗一号”系统中的三颗卫星的质量不一定要相等.故B错误;
C、由卫星的速度公式v=分析可知,“北斗二号”中的中轨道卫星的线速度大于高轨道卫星的线速度,故C错误;
D、“北斗二号”卫星导航定位系统由中轨道、高轨道和同步轨道卫星等组成,而“北斗一号”系统的三颗卫星都定位在地球同步轨道上,由卫星的加速度公式a=得知,“北斗二号”中的每颗卫星不一定比“北斗一号”中的每颗卫星的加速度大.故D错误;
故选:A.
为纪念伽利略将望远镜用于天文观测400周年,2009年被定为以“探索我的宇宙”为主题的国际天文年.我国发射的“嫦娥一号”卫星绕月球经过一年多的运行,完成了既定任务,于2009年3月1日16时13分成功撞月.如图为“嫦娥一号”卫星撞月的模拟图,卫星在控制点1开始进入撞月轨道.假设卫星绕月球作圆周运动的轨道半径为R,周期为T,引力常量为G.根据题中信息,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据得,月球的质量M=
.故A正确.
B、由于嫦娥一号的质量未知,所以无法求出月球对嫦娥一号卫星的引力.故B错误.
C、“嫦娥一号”卫星在控制点1处若加速,万有引力不够提供向心力,做离心运动,不会进入撞月轨道.故C错误.
D、若发射的速度大于11.2km/s,嫦娥一号会脱离地球的引力.故D错误.
故选A.
天气预报和电视转播均充分利用了同步卫星.关于同步卫星的以下说法,错误的是( )
正确答案
解析
解:A、同步卫星的构造与质量,一般是不相同的,故A正确;
B、同步卫星的周期必须与地球相同,同步卫星的角速度是相同的,
根据F=G=mω2r,因为ω一定,所以r必须确定,根据v=ωr,
所以同步卫星的线速度大小和离地高度是相同的,故B正确;
C、它们只能在赤道的正上方,它若在除赤道所在平面外的任意点,假设实现了“同步”,那它的运动轨道所在平面与受到地球的引力就不在一个平面上,这是不可能的,所以不可能定点在北京正上方,各国发射的同步卫星必须定点在赤道上空,故C错误,D正确;
故选:C.
两颗人造卫星A、B绕地球作圆周运动,周期之比为TA:TB=1:3,则运动速率之比为vA:vB=______.
正确答案
解析
解:卫星运行时万有引力提供圆周运动向心力有:
由⇒
=
所以由⇒
=
故答案为:.
如图所示,A为静止于地球赤道上的物体,B为绕地球沿椭圆轨道运行的卫星,C为绕地球做圆周运动的卫星,P为B、C两卫星轨道的交点.已知A、B、C绕地心运动的周期相同,相对于地心,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、物体A静止于地球赤道上随地球一起自转,卫星C为绕地球做圆周运动,它们绕地心运动的周期相同,
根据线速度公式v=,卫星C的线速度较大,故A错误;
B、根据向心加速度的公式a=r,
已知A、B、C绕地心运动的周期相同,所以物体A和卫星C的向心加速度与运动半径成正比,故B正确;
C、根据牛顿第二定律,有a=,
所以卫星B在P点的加速度与卫星C在该点的加速度一定相同,故C正确;
D、卫星B做椭圆轨道运动,卫星C做圆周运动,卫星B在P点的线速度与卫星C在该点的线速度不一定相同,故D错误.
故选:BC.
若“神舟”八号飞船在离地球表面h高处的轨道上做周期为T的匀速圆周运动,已知地球的半径R,万有引力常量为G.由以上条件可求得( )
正确答案
解析
解:A、神舟八号在离地球表面h高和的轨道上做匀速圆周运动,已知地球半径为R,则神舟八号的轨道半径r=R+h,故其线速度:v=,故A选项错误;
B、飞船运行的周期为T,半径为r=R+h,可知飞船的向心加速度:a==
,故B正确;
C、根据地球给飞船的万有引力提供飞船圆周运动的向心力有:,可得地球的质量:M=
,故C正确;
D、地球表面重力与万有引力相等,故有:
可得地球表面重力加速度:,又由C知地球质量M,故地球表面的重力加速度
=
,故D正确.
故选:BCD.
最近我国连续发射了多颗“北斗一号”导航定位卫星,预示着我国通讯技术的不断提高.该卫星处于地球的同步轨道,假设其离地高度为h,质量为m,地球半径为R,地面附近重力加速度为g,则有( )
正确答案
解析
解:A、地球的同步卫星运动周期必须与地球自转周期相同,故知该卫星运行周期为24h.故A正确.
B、根据万有引力等于重力得:G=mg,则得g=
所以得到该卫星所在处的重力加速度与地面附近重力加速度之比为:
=
则得:该卫星所在处的重力加速度为g′=.故B正确.
C、由G=m
r,得T=2π
,则得:
=(1+
)3/2.故C错误.
D、由G=m
,卫星的动能Ek=
mv2,则得Ek=
=
又g=联立解得,Ek=
.故D正确.
故选:ABD.
如图所示,A和B两行星绕同一恒星C做圆周运动,旋转方向相同,A行星的周期为T1,B行星的周期为T2,某一时刻两行星相距最近,则( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力,列出等式:
=mω2r
ω=
所以ωA>ωB
A行星的周期为T1,B行星的周期为T2,
所以T1= T2=
两行星相距最近时,两行星应该在同一半径方向上.
所以当A比B多转一圈时两行星再次相距最近,列出等式:
(-
)t=2π
t=,故A错误,故B正确.
C、两行星相距最远时,两行星应该在同一直径上.
所以当A比B多转半圈时两行星相距最远,列出等式:
(-
)t′=π
t′=,故C、D错误.
故选B.
一行星绕恒星做匀速圆周运动,由天文观测可得,其运行周期为T,速度为v,已知引力常量为G,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据v=得r=
,A正确.
B、根据a=,得a=
=
,故B正确.
C、由万有引力提供向心力,及v=
,可得M=
,故C错误.
D、根据万有引力提供向心力,得恒星的质量
,根据密度的定义得
,故D错误.
故选:AB.
质量相同的人造卫星,如果在不同轨道上绕地球做匀速圆周运动,那么,下列判断中正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供卫星绕地球做圆周运动的向心力,得:G=mrω2=m
r=m
可得ω=,T=2π
,v=
A、卫星的质量相同,由F=G,知轨道半径大的卫星所受向心力小,故A错误.
BCD、由上表达式知,轨道半径大的卫星运行角速度和速度小,周期大,故BC错误,D正确.
故选:D.
嫦娥三号月球探测器于12月2日1时30分从西昌卫星发射中心顺利升空,5天之后,经过38万公里太空旅程的嫦娥三号将抵达环月轨道.环月模拟轨道如图所示,轨道上a、b、c、d四个位置中,探测器受月亮引力最大的是( )
正确答案
解析
解:由F=可得,a点力月球球心最近,故探测器受月亮引力最大.
故选:A
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:A、根据万有引力提供向心力,得a=
.而GM=gR2.所以卫星的加速度
.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正确.
C、“高分一号”卫星加速,将做离心运动,轨道半径变大,速度变小,路程变长,运动时间变长,故如果调动“高分一号”卫星快速到达B位置的下方,必须对其减速,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.故D错误.
故选:B.
极地卫星的运行轨道平面通过地球的南北两极(轨道可视为圆轨道).如图所示,若某极地卫星从北纬30°的正上方按图示方向第一次运行至南纬60°正上方,所用时间为t,已知地球半径为R(地球可看做球体),地球表面的重力加速度为g,引力常量为G,不考虑地球自转,由以上条件可知( )
正确答案
解析
解:
A、从北纬30°的正上方按图示方向第一次运行至南纬60°正上方转过的圆心角为θ=,据ω=
=
=
,故A正确;
B、据线速度v=,借助GM=gR2,得:
,故B错误;
C、地球表面的重力和万有引力相等,得:
,故C正确,
D、同步卫星的轨道平面在赤道平面上,故D错误,
故选:AC
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