- 万有引力与航天
- 共16469题
(2015秋•商洛期末)有a、b、c、d四颗地球卫星,a还未发射,在赤道表面上随地球一起转动,b是近地轨道卫星,c是地球同步卫星,d是高空探测卫星,它们均做匀速圆周运动,各卫星排列位置如图所示,则( )
正确答案
解析
解:A、同步卫星的周期必须与地球自转周期相同,角速度相同,则知a与c的角速度相同,根据a=ω2r知,c的向心加速度大.
由,得g=
,卫星的轨道半径越大,向心加速度越小,则同步卫星的向心加速度小于b的向心加速度,而b的向心加速度约为g,故知a的向心加速度小于重力加速度g.故A错误;
B、由,得v=
,卫星的半径越大,线速度越小,所以b的线速度最大,在相同时间内转过的弧长最长.故B正确;
C、c是地球同步卫星,周期是24h,则c在4h内转过的圆心角是.故C正确;
D、由开普勒第三定律=k知,卫星的半径越大,周期越大,所以d的运动周期大于c的周期24h.故D错误;
故选:BC.
人造地球卫星所受的向心力与轨道半径r的关系,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、人造地球卫星的轨道半径变化时,卫星与地球质量不变,由可知,向心力与r2成反比,故A正确
B、人造地球卫星的轨道半径变化时,速度v变化,所以由可知,向心力与r成反比是错误的,故B错误
C、公式F=mωv中,ω、v均与半径R有关,所以向心力与r成正比是错误的,故C错误
D、由可知,向心力与r2成反比,故D错误
故选A.
有一宇宙飞船到了某行星上(该行星没有自转运动),以速度v接近行星赤道表面匀速飞行,测出运动的周期为T,已知引力常量为G,则可得( )
正确答案
解析
解:A.根据周期与线速度的关系T=可得:R=
,故A正确;
BC、万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:=m
,
解得:M=,可以求出行星的质量,行星的密度:ρ=
=
,故B正确,C错误;
D.行星表面的万有引力等于重力,=mg=m
得:
g=,故D错误.
故选:AB.
2011年11月,“神舟八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器在太空实现了两次交会对接,开启了我国空间站的新纪元.完成对接后,“神舟八号”与“天宫一号”在同一圆形轨道上运行.地面观测站测得它们的运行周期为T,已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g.求:
(1)“神舟八号”与“天宫一号”对接后距离地面的高度h;
(2)“神舟八号”与“天宫一号”对接后运行速度的大小υ.
正确答案
解:(1)在地面上,重力与万有引力大小相等有:可得:GM=gR2
在轨道上万有引力提供圆周运动向心力有:可得:
=
(2)根据周期与线速度和半径的关系有:v==
答:(1)“神舟八号”与“天宫一号”对接后距离地面的高度h为;
(2)“神舟八号”与“天宫一号”对接后运行速度的大小υ为.
解析
解:(1)在地面上,重力与万有引力大小相等有:可得:GM=gR2
在轨道上万有引力提供圆周运动向心力有:可得:
=
(2)根据周期与线速度和半径的关系有:v==
答:(1)“神舟八号”与“天宫一号”对接后距离地面的高度h为;
(2)“神舟八号”与“天宫一号”对接后运行速度的大小υ为.
随着世界航天事业的发展,深太空探测已逐渐成为各国关注的热点.假设深太空中有一颗外星球,该外星球的自转周期与地球自转周期相同,质量是地球质量的4倍,半径是地球半径的.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供同步卫星圆周运动向心力有:,可得同步卫星的轨道半径r=
,又该星球的质量是地球的4倍,周期与地球自转周期相同,故该星球的同步卫星半径是地球同步卫星半径的
倍,故A错误;
B、在星球表面重力与万有引力大小相等有,故重力加速度g=
,即
,故B正确;
C、根据万有引力提供圆周运动向心力有,故第一宇宙速度v=
,即
,故C错误;
D、根据C分析可知:v=,轨道半径r相同,但质量不同,所以速度也不一样,故D错误.
故选:B.
两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动,周期之比为TA:TB=1:8,则轨道半径之比和运动速率之比分别为( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力为:,
R=,v=
因为TA:TB=1:8
所以:RA:RB=1:4
所以:VA:VB=2:1
故C正确、ABD错误.
故选:C
宇宙飞船在半径为R1的轨道上运行,变轨后的半径为R2,R1>R2.宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动,则变轨后宇宙飞船的( )
正确答案
解析
解:设卫星的质量为m,地球的质量为M,
根据万有引力提供向心力,则得=m
=m
=ma═mω2r
A、向心加速度a=,飞船的轨道半径变小,向心加速度变大.故A正确;
B、角速度ω=,飞船的轨道半径变小,角速度变大,故B错误;
C、周期T=2π,飞船的轨道半径变小,周期变小,故C错误;
D、线速度v=,飞船的轨道半径变小,线速度变大,故D错误;
故选:A.
已知地球质量是金星质量的a倍,地球半径是金星半径的b倍,下列结论正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在星球表面上,物体所受的重力近似等于星球的万有引力,有G=mg,则得星球表面的重力加速度 g=
,已知地球质量是金星质量的a倍,地球半径是金星半径的b倍,所以地球表面和金星表面的重力加速度之比为
,故A错误;
B、研究卫星在星球表面轨道上做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,
=m
=m
=mω2r
v=,已知地球质量是金星质量的a倍,地球半径是金星半径的b倍,所以环绕地球表面和金星表面运行卫星的速率之比为
,故B正确;
C、T=2π,已知地球质量是金星质量的a倍,地球半径是金星半径的b倍,所以环绕地球表面和金星表面运行卫星的周期之比为
,故C错误;
D、ω=,已知地球质量是金星质量的a倍,地球半径是金星半径的b倍,所以环绕地球表面和金星表面运行卫星的角速度之比为
,故D错误;
故选:B.
某卫星的发射过程如图所示,先将卫星从地面发射并从A点进入椭圆轨道I运行,然后在B点通过改变卫星的速度,让卫星进入预定圆形轨道II上运行.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星绕地球做椭圆轨道运动,发射速度大于7.9km/s小于11.2km/s.故A错误.
B、卫星在椭圆轨道I从A点运动到B点过程中,只有万有引力做功,机械能守恒,万有引力做负功,动能减小,则速度减小,故B正确.
C、根据开普勒第三定律得,=k,因为轨道I的半长轴小于轨道Ⅱ的半径,则在轨道Ⅰ上运行的周期小于在轨道Ⅱ上运行的周期.故C错误.
D、设线速度为v,周期为T,则轨道半径r=,根据万有引力提供向心力有:G
=m
,解得:M=
.故D正确.
故选:BD.
绕地球圆周运动的两个卫星相同时间内运动的路程之比25:9,两个卫星速度之比为______,周期之比为______.
正确答案
25:9
729:15625
解析
解:绕地球圆周运动的两个卫星相同时间内运动的路程之比25:9,
根据线速度的定义v=得
两个卫星速度之比为25:9,
人造卫星绕地球做圆周运动受到的万有引力提供向心力,
=m
=m
v=,两个卫星速度之比为25:9,
所以两个卫星轨道半径之比为81:625,
T=2π,
所以周期之比为729:15625,
故答案为:25:9;729:15625
2012年2月,欧洲南方天文台的望远镜观测发现一颗最可能孕育生命的岩石行星,该行星在“宜居区域”环绕恒星GJ667C运行,距离地球22光年.这颗行星的表面温度正好适宜液态水存在.假若该行星有一颗轨道半径为R、周期为T环绕该行星做圆周运动的卫星,已知卫星质量为m,万有引力常量为G.求:
(1)该行星的质量M是多大?
(2)如果该行星的半径是卫星运动轨道半径为,那么行星表面处的重力加速度是多大?
正确答案
解:(1)由万有引力等于向心力,可得:
G=m
R
则得行星的质量为:M=
(2)在行星表面,由万有引力等于重力得:
G=m′g
联立解得:g=
答:(1)该行星的质量M是.
(2)如果该行星的半径是卫星运动轨道半径为,那么行星表面处的重力加速度是
.
解析
解:(1)由万有引力等于向心力,可得:
G=m
R
则得行星的质量为:M=
(2)在行星表面,由万有引力等于重力得:
G=m′g
联立解得:g=
答:(1)该行星的质量M是.
(2)如果该行星的半径是卫星运动轨道半径为,那么行星表面处的重力加速度是
.
北斗卫星系统由地球同步轨道卫星与低轨道卫星两种卫星组成,这两种卫星在轨正常运行时( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力有:G=m
=mrω2=mr
,有:
A、ω=,有半径大的角速度小,故A错误;
B、T=2π,有半径大的周期大,故B正确;
C、同步卫星只能在赤道上空,故C错误;
D、第一宇宙速度是绕地球做圆周运动的最大速度,故D错误.
故选:B
我国自主建立的北斗导航系统已经正式商业运行.北斗导航系统又被称为“双星定位系统”,具有导航、定位等功能.“北斗”系统中两颗工作星均绕地心O做匀速圆周运动,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(如图所示).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.求:
(1)卫星1运行到A点的加速度大小.
(2)卫星1运行的周期和卫星1由位置A首次运动至位置B所需的时间.
正确答案
解:(1)设地球和卫星1的质量分别为M和m,则卫星1运动到A点所受万有引力为:F=
由牛顿第二定律,有:F=ma
又在地球表面有有:=m0g
联立解得:a=.
(2)由=mrω2,ω=
、
=mg
联立解得卫星运行周期T=
卫星1由位置A运动至位置B所需的时间t==
.
答:(1)卫星1运行到A点的加速度大小为.
(2)卫星1运行的周期,卫星1由位置A首次运动至位置B所需的时间为
.
解析
解:(1)设地球和卫星1的质量分别为M和m,则卫星1运动到A点所受万有引力为:F=
由牛顿第二定律,有:F=ma
又在地球表面有有:=m0g
联立解得:a=.
(2)由=mrω2,ω=
、
=mg
联立解得卫星运行周期T=
卫星1由位置A运动至位置B所需的时间t==
.
答:(1)卫星1运行到A点的加速度大小为.
(2)卫星1运行的周期,卫星1由位置A首次运动至位置B所需的时间为
.
“马航MH370“客机失联后,我国紧急调动多颗低轨卫星(已知低轨卫星的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径),利用高分辨率对地成像技术为搜寻失联客机提供支持.关于做匀速圆周运动的低轨卫星,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=
,低轨卫星的轨道半径小于同步卫星的轨道半径,则低轨卫星的周期小于同步卫星,即周期小于24h.故A正确.
B、根据万有引力提供向心力,得
,当轨道半径等于地球半径时,线速度最大等于7.9km/s,低轨卫星的轨道半径大于地球的半径,则线速度小于7.9km/s,故B错误.
C、根据万有引力提供向心力,得
,低轨卫星的轨道半径小于同步卫星的轨道半径,则低轨卫星的角速度大于同步卫星的角速度,故C错误.
D、根据万有引力提供向心力,得
,当r最小等于地球半径R时,加速度a=
,当r越大,加速度越小,故低轨道卫星的加速度小于地球表面的重力加速度,故D错误.
故选:A.
我国发射的“嫦娥一号”卫星经过多次加速、变轨后,最终成功进入环月工作轨道.如图所示,卫星既可以在离月球比较近的圆轨道a上运动,也可以在离月球比较远的圆轨道b上运动.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G=m
,得:v=
,即轨道半径越大,速度越小,故卫星在a上运行的线速度大于在b上运行的线速度,故A正确.
B、根据万有引力提供向心力G=m
r,得:T=2π
,即轨道半径越大,周期越大,故卫星在a上运行的周期小于在b上运行的周期,故B正确.
C、根据万有引力提供向心力G=mω2r,得:ω=
,即轨道半径越大,角速度越小,故卫星在a上运行的角速度大于在b上运行的角速度,故C错误.
D、由G=ma,加速度a=
,即轨道半径越大,加速度越小,故卫星在a上运行时的加速度大于在b上运行时的加速度,故D正确.
故选:ABD.
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