- 万有引力与航天
- 共16469题
一颗人造卫星靠近某行星表面做匀速圆桌运动,经过时间t,卫星运行的路程为s,运动半径转过的角度为 N(单位:rad),引力常量为G.求:
(1)卫星运行的周期
(2)该行星的质量.
正确答案
解:(1)根据角速度的定义式得:
ω==
rad/s
根据线速度的定义式得:
v=
根据周期与角速度的关系得:
T==
根据线速度和角速度的关系得:r==
(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:
=
M=
答:(1)卫星运行的周期是2πt
(2)该行星的质量是.
解析
解:(1)根据角速度的定义式得:
ω==
rad/s
根据线速度的定义式得:
v=
根据周期与角速度的关系得:
T==
根据线速度和角速度的关系得:r==
(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:
=
M=
答:(1)卫星运行的周期是2πt
(2)该行星的质量是.
两颗质量相等的人造地球卫星,绕地球运动的轨道半径r1=2r2.下面说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、两卫星的线速度未知,故由公式F=m不能推出轨道半径为r1的卫星的向心力为另一颗卫星的一半,故A错误;
B、因为两卫星的角速度不一致,故由公式F=mω2r不能退出轨道半径为r1的卫星的向心力为另一颗卫星的两倍,故B错误;
C、由公式F=G知道,轨道半径为r1的卫星的向心力为另一颗卫星的四分之一,故C正确;
D、向心力的大小与地球质量无关,两颗卫星的质量相等,故能比较两卫星所受向心力的大小,故D错误.
故选:C.
甲、乙两颗人造卫星都绕地球做匀速圆周运动,甲为地球同步卫星,乙为近地卫星.关于这两颗卫星,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、根据得,v=
,T=
,知轨道半径越大,线速度越小,周期越大.因为甲的轨道半径大于乙的轨道半径,则甲的速度小于乙的速度,甲的周期大于乙的周期.故A错误,B正确.
C、甲为同步卫星,轨道在赤道的上方,不可能经过北京的正上方.故C正确.
D、第一宇宙速度的轨道半径等于地球的半径,速度同步卫星的速度小于第一宇宙速度.故D错误.
故选:BC.
2010年12月18日4时20分,我国在西昌卫星发射中心使用长征三号甲运载火箭,成功将第7颗北斗卫星送入太空预定转移轨道,它是一颗地球同步轨道卫星成功定点后的第7颗北斗导航卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、7.9km/s是地球第一宇宙速度,是围绕地球匀速圆周运动的最大线速度,故同步卫星的运行速度小于第一宇宙速度,故A错误;
B、根据万有引力提供圆周运动向心力有知卫星运行周期T=
,轨道半径大的同步卫星周期大于近地卫星,故B错误;
C、根据万有引力提供圆周运动向心力有知卫星运动的角速度
,同步卫星的轨道半径小于月球的轨道半径,故同步卫星的角速度大于月球的角速度,故C正确;
D、同步卫星的角速度与地球自转角速度相等,根据a=rω2知,同步卫星的向心加速度大于地球上赤道上物体的向心加速度,故D错误.
故选:C.
人造地球卫星可以看起来相对地面静止,就是我们常说的同步卫星.地球半径为R,质量为M,自转周期为T,同步卫星距离地面高度为h,运行速度为v.下列表达式正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力F万=F向
解得:h=-R
又
把h的值代入上式中得
v=
故选AC.
发射高轨道卫星可以用如下方式进行:先把卫星送到近地圆轨道I,然后当卫星在I轨道上运行到P点时启动卫星自带火箭使卫星加速,卫星则变为在椭圆轨道II上运行,等卫星在轨道II上运行到Q点时再一次启动火箭使卫星加速,卫星变成在绕地圆轨道III 上运行.已知轨道I的半径为r,轨道III的半径为R,卫星在轨道I上运行的周期为T,则卫星在轨道II上从P点经半个周期到Q点的时间t=______.
正确答案
解析
解:轨道的半长轴长为:a=(R+r);
根据开普勒第三定律,有:;
解得:;
卫星在轨道II上从P点经半个周期到Q点的时间为半个周期,故t=T2=
;
故答案为:.
行星绕恒星的运动轨道是圆形,那么它运行周期T的平方与轨道半径r的立方之比为常数,即,该常数k的大小( )
正确答案
解析
解:令恒星质量为M,行星质量为m,轨道半径为r,根据万有引力提供圆周运动向心力有:
整理可得:
因为4π2为常量可知,比值只与恒星质量M有关.
故选:A
2013年6月l3日,“神舟十号”飞船与“天富一号”目标飞行器在离地面343km的近似圆形的轨道上,成功进行了交会对接.对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、第一宇宙速度是近地围绕地球做圆周运动的最大速度,根据v=可知,天宫一号和神舟十号的运行速度小于第一宇宙速度,故A错误;
B、在对接前,天宫一号绕地球做圆周运动的万有引力提供向心力,由于阻力使天宫一号运行速度减小,所需向心力减小,提供向心力的万有引力不变,故天宫一号将做近心运动,轨道高度要降低,故B正确;
C、由于轨道高度降低,地球对天宫一号的引力将对天宫一号做正功,天宫一号的动能将增加,同时也可以由轨道高度降低根据v=得,天宫一号的运行速度将增加,故动能增加,所以C正确;
D、航天员在天宫一号内一起绕地球做圆周运动,万有引力提供圆周运动向心力,故航天员睡觉时不是处于平衡状态,故D错误.
故选:BC
(2015秋•枣庄校级月考)如图所示,2011年中俄联合实施探测火星活动计划,由中国负责研制的“萤火一号”火星探测器与俄罗斯研制的“福布斯-土坡”火星探测器一起由俄罗斯“天顶”运载火箭发射前往火星.如果火星的质量为地球质量的
,火星的半径为地球半径的
.那么关于火星探测器,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、火星探测器前往火星,脱离地球引力束缚,还在太阳系内,发射速度应大于第二宇宙速度、小于第三宇宙速度,故A错误;
B、物体的密度:=
,所以
.故B正确.
C、由,得:g=
,所以:
.故C错误;
D、由得,v=
;已知火星的质量约为地球的
,火星的半径约为地球半径的
.
火星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的倍,故D错误.
故选:B.
某人造卫星绕地球做匀速圆周运动,设地球半径为R,地面重力加速度为g,下列说法错误的是( )
正确答案
解析
解:A、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向其中
F=G
F向=m=mω2r=m(
)2r=ma
因而
G=m
=mω2r=m(
)2r=ma
解得
v= ①
T==2π
②
a= ③
地球表面重力加速度公式
g= ④
根据②④式,卫星的公转周期为
T=2π
当r=R时,T最小,为
T=2π=2π
,故A正确;
B、由①④式得到
v=R
当卫星距地面高度为R时,即r=2R时,v=,故B正确;
C、由③④式得到
a=
当卫星距地面高度为R时,a=,故C正确;
D、地球同步卫星的速率比近地卫星速率小,但要将卫星发射到较高的轨道,需要克服引力做较多的功,故D错误;
本题选错误的,故选D.
我国已对火星及其卫星“火卫一”进行过探测.“火卫一”位于火星赤道正上方,到火星中心的距离为9450km.“火卫一”绕火星1周需7h39min.若其绕行轨道可认为是圆形轨道,引力常量为G,由以上信息可以确定的是( )
正确答案
解析
解:A、火卫一的向心加速度:a=ωr=×(R+h),已知:轨道半径r=R+h、周期:T,可以求出其加速度,故A正确;
B、卫星绕火星做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m(
)2r,解得,火星质量:M=
,不能求出卫星质量m,故B正确,D错误;
C、火卫一的绕行速度:v=ωr=,故C正确;
故选:ABC.
据报道,我国自主研制的“嫦娥二号”探月飞行器环月飞行的高度距离月球表面100km,“嫦娥三号”探月飞行器落月制动前环月飞行的高度约为15km,若它们环月运行时均可视为圆周运动,则( )
正确答案
解析
解:根据卫星做匀速圆周运动时万有引力提供向心力得:
F==m
=m
r=mω2r=ma
A、周期T=2π,“嫦娥二号”的轨道半径小大于“嫦娥三号”的轨道半径,所以“嫦娥三号”环月运行的周期比“嫦娥二号”短,故A正确;
B、线速度v=,“嫦娥二号”的轨道半径小大于“嫦娥三号”的轨道半径,所以“嫦娥三号”环月运行的速度比“嫦娥二号”大,故B错误;
C、向心加速度a=,“嫦娥二号”的轨道半径小大于“嫦娥三号”的轨道半径,所以“嫦娥三号”环月运行时向心加速度比“嫦娥二号”大,故C正确;
D、角速度ω=,“嫦娥二号”的轨道半径小大于“嫦娥三号”的轨道半径,所以“嫦娥三号”环月运行时角速度比“嫦娥二号”大,故D错误;
故选:AC.
2008年9月27日“神舟七号”宇航员翟志刚顺利完成出舱活动任务,他的第一次太空街标志着中国航天事业全新时代的到来,“神舟七号”绕地球近似做匀速圆周运动,其轨道半径为r,若另有一颗卫星绕地球做匀速圆周运动的半径为3r,则可以确定( )
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、向心力等于万有引力,F=G,由于不知道卫星间的质量关系,无法求出向心力大小之比,故A错误;
B、由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,
=
=
,故B正确;
C、由牛顿第二定律得:G=m
,动能:EK=
mv2,解得:EK=
,由于不知道两卫星的质量关系,无法比较动能关系,故C错误;
D、由牛顿第二定律得:G=m
R,解得:T=2π
,
=
=
,故D正确;
故选:BD.
某星际探测是现代航天科技发展的重要课题.如图所示,某探测器从空间的O点沿直线ON从静止开始以加速度a作匀加速直线运动,二个月后与地球相遇于P点,再经二个月与地球相遇于Q点,已知万有引力常量G,地球公转周期为T,且探测器的运动不受地球的影响,求太阳的质量?
正确答案
解:对地球:由太阳的万有引力提供向心力,则有: ①
得: ②
对探测卫星从静止开始以加速度a作匀加速直线运动,则有
PQ=OQ-OP= ③
二个月为,则PQ所对的圆心角为:θ=60° ④
由几何关系得:r=PQ
代入上式得:
答:太阳的质量为.
解析
解:对地球:由太阳的万有引力提供向心力,则有: ①
得: ②
对探测卫星从静止开始以加速度a作匀加速直线运动,则有
PQ=OQ-OP= ③
二个月为,则PQ所对的圆心角为:θ=60° ④
由几何关系得:r=PQ
代入上式得:
答:太阳的质量为.
我国研制的北斗导航系统又被称为“双星定位系统”,计划到2020年完全建成.系统由5颗地球同步轨道和30颗地球非同步轨道卫星组网而成.2012年12月27日,北斗导航系统正式投入运营.这些卫星的运动均可看作匀速圆周运动,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、同步轨道卫星轨道只能在赤道上空,故A错误;
B、根据可知,轨道半径越小则线速度越大,轨道最小对应的速度为第一宇宙速度7.9km/s,故B错误;
C、地球同步卫星是与地球自转同步,不是与月于绕地球的周期,故C错误;
D、根据可知,离地球越近的卫星轨道半径越小,故线速度越大,D正确.
故选D.
扫码查看完整答案与解析