- 万有引力与航天
- 共16469题
北京时间2012年2月25日凌晨O时12分,中国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭,将第十一颗“北斗”导航卫星成功送入太空预定转移轨道,这是一颗地球静止轨道卫星,“北斗”导航卫星定位系统由静止轨道卫星(同步卫星)、中轨道卫星和倾斜同步卫星组成,中轨道卫星轨道半径约为27900公里,静止轨道卫星的半径约为42400公里.(≈0.53可供应用),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,=ma,加速度a=
,
轨道半径越大,向心加速度越小,中轨道卫星的轨道半径小,向心加速度大.故A错误;
B、根据=m
,速度v=
,
知道轨道半径越大,线速度越小,第一宇宙速度的轨道半径为地球的半径,所以第一宇宙速度是绕地球做匀速圆周运动最大的环绕速度,所以静止轨道卫星和中轨卫星的线速度均小于地球的第一宇宙速度.故B错误.
C、根据=m
,
T=2π,所以中轨道卫星和静止轨道卫星的周期比
≈0.53.则中轨道卫星的周期T1=0.53×24h=12.7h.故C正确;
D、地球赤道上随地球自转物体和静止轨道卫星具有相同的角速度,根据a=rω2,知静止轨道卫星的向心加速度大.故D错误.
故选:C.
2012年6月18日,“神舟九号”与“天宫一号”完美“牵手”,成功实现自动交会对接(如图).交会对接飞行过程分为远距离导引段、自主控制段、对接段、组合体飞行段和分离撤离段.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、“神舟九号”欲追上“天宫一号”,不能在同一轨道上加速,因为加速后,万有引力不够提供向心力,做离心运动,离开原轨道.故A错误.
B、神舟九号和天宫一号的质量不一定相等,则所受的万有引力大小不一定相等.故B错误.
C、根据万有引力提供向心力有:,得v=
.知轨道半径越大,线速度越小,第一宇宙速度的轨道半径最小,则线速度最大.神舟九号”变轨降低至飞行轨道圆周运行时,其速度比在组合体飞行的圆轨道时大.故C错误,D正确.
故选D.
如果月球和地球同步卫星绕地球的运动可视为匀速圆周运动,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、月球的轨道半径大于同步卫星的轨道半径,故A错误;
B、卫星绕地球圆周运动的向心力由万有引力提供,有:=m
ma=mrω2,ω=
,
月球的轨道半径大于同步卫星的轨道半径,所以月球的角速度小于地球同步卫星的角速度,故B错误;
C、v=,月球的线速度小于地球同步卫星的线速度,故C正确;
D、a=,所以月球的向心加速度小于地球同步卫星的向心加速度,故D错误;
故选:C.
关于卫星绕地球做匀速圆周运动的有关说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星所受的万有引力与速度方向垂直,万有引力不做功.故A错误.
BCD、卫星绕地球做匀速圆周运动,靠万有引力提供向心力,有:.
则v=,T=
.知轨道半径越大,线速度越小,周期越大.故D正确,B、C错误.
故选D.
卫星绕地球的运行可视为匀速圆周运动,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:
=m
r=mω2r=ma=m
T=2π,ω=
,v=
,a=
,
离地球越远的人造地球卫星半径越大,所以周期越大,角速度越小,线速度越小,向心加速度越小,故A正确,BCD错误;
故选:A.
2012年6月16日18时37分,神舟九号飞船在酒泉卫星成功发射,并首次通过人工手动对接在轨运行的“天宫一号”目标飞行器.某同学看了电视后,画出了“天宫一号’,和“神舟九号”绕地球做匀速圆周运动的假想图如图所示,A代表“天宫一号”,B代表“神舟九号”,虚线为各自的轨道.由此假想图,可以判定( )
正确答案
解析
解:据万有引力提供圆周运动向心力有可得:
A、线速度可得天宫一号的半径大,线速度小,故A错误;
B、周期T=可得天宫一号的半径大,周期大,故B错误;
C、向心加速度可得天宫一号的半径大,向心加速度小,故C正确;
D、神舟九号加速后做离心运动,轨道高度增加,可能实现与天宫一号的对接,故D正确.
故选:CD.
2011年11月3日凌晨,“神舟八号”与“天宫一号”空间站成功对接.对接后,空间站在离地面三百多公里的轨道上绕地球做匀速圆周运动.现已测出其绕地球球心作匀速圆周运动的周期为T,已知地球半径为R、地球表面重力加速度为g、万有引力常量为G,则根据以上数据,以下能够计算的物理量是( )
正确答案
解析
解:A、由地球半径为R、地球表面重力加速度g、万有引力常量为G,
=mg ①
ρ= ②
由①②可得出地球质量和平均密度,故A正确
B、设空间站的质量是m′,空间站绕地球做匀速圆周运动,地球对空间站的万有引力提供飞船的向心力,
=m′
=m′g′=m′
可得出空间站所在处的重力加速度大小,空间站绕行的线速度大小,故B、C正确
D、由于不知空间站质量,不能求出空间站所受的万有引力大小,故D错误.
故选ABC.
B天宫一号目标飞行器在地球轨道上作匀速圆周运动,离地高度为r,已知地球质量为M,地球半径为R,万有引力恒量为G,它绕地球一周的时间为______;当神舟八号飞船关闭发动机与天宫一号对接时,飞船的加速度为______.
正确答案
2π
解析
解:研究飞行器在地球轨道上作匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力有:
=m(R+r)
,
得T=2π
它绕地球一周的时间为一个周期,即2π
根据万有引力提供向心力有:
=ma,
得加速度a=.
故答案为:2π,
“神舟”六号载人飞船在绕地球飞行的轨道上做匀速圆周运动,已知飞船运行的周期为T,地球表面的重力加速度为g,地球半径为R,求:飞船离地面的高度h为多少?
正确答案
解:在地球表面重力与万有引力相等有:
所以有:GM=gR2
飞船绕地球圆周运动万有引力提供圆周运动向心力有:
由此解得:飞船离地面的高度h=-R=
答:飞船离地面的高度为.
解析
解:在地球表面重力与万有引力相等有:
所以有:GM=gR2
飞船绕地球圆周运动万有引力提供圆周运动向心力有:
由此解得:飞船离地面的高度h=-R=
答:飞船离地面的高度为.
已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,引力系数为G,某卫星绕地球做匀速圆周运动,运行的周期为T,求
(1)地球的平均密度.
(2)卫星的运行的轨道半径和线速度大小.
正确答案
解:(1)不计地球自转,在地球表面上,物体的重力等于地球对物体的万有引力,有:
mg=
g=
根据密度定义得:
ρ==
,
(2)由地球的万有引力提供卫星的向心力,有:
=m
r
g=
解得:r=,
v==
答:(1)地球的平均密度是.
(2)卫星的运行的轨道半径和线速度大小是.
解析
解:(1)不计地球自转,在地球表面上,物体的重力等于地球对物体的万有引力,有:
mg=
g=
根据密度定义得:
ρ==
,
(2)由地球的万有引力提供卫星的向心力,有:
=m
r
g=
解得:r=,
v==
答:(1)地球的平均密度是.
(2)卫星的运行的轨道半径和线速度大小是.
由于某种原因,人造地球卫星的轨道半径减小了,那么,卫星的( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有:
物体的线速度,周期
,知卫星的半径减小,则线速度增加,周期减小,所以ABC错误,D正确.
故选:D.
我国古代神话传说中有:地上的“凡人”过一年,天上的“神仙”过一天,如果把看到一次日出就当做一天.“神舟”七号飞船绕地球做圆周运动时轨道距离地面约H=350km.已知地球半径R=6400km,地球表面的重力加速度g=10m/s2,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:由 G=m
=mω2r=m(
)2r=ma
解得:v= ①T=
=2π
②ω=
③a=
④
分析各选项
A 因已给出地表的g,则由黃金代换与G=m(
)2(r=R+H)可求得周期.故A错误
B.因可计算出其周期,则可估算出24H内的“天数”故B正确
C 因已给出地表的g,则由黃金代换与 G=m
(r=R+H),则可求出速度.故C正确
D 因不知道飞船的质量,则不能求出所受万有引力.故D错误
故选:BC
如图所示为一卫星绕地球运行的轨道示意图,O点为地球球心,已知引力常量为G,地球质量为M,
=R,
=4R,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:卫星在圆轨道运行时,万有引力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
解得:v=,a=
A、卫星经过椭圆轨道的A点时,由于万有引力小于向心力,故做离心运动,故:
解得:v>,故A错误;
B、卫星经过椭圆轨道的B点时,由于万有引力大于向心力,故做向心运动,故:
解得:v<,故B正确;
C、根据牛顿第二定律,卫星在A点的加速度:,故C正确;
D、根据牛顿第二定律,卫星在B点的加速度,故D错误;
故选:BC.
从地球上发射的两颗人造地球卫星A和B,绕地球做匀速圆周运动的半径之比为RA:RB=4:1,求它们的线速度大小之比.
下面是某同学的一种解法,请判断其解法是否正确,若是正确的,请你做出评价;若是错误的,请分析其出错的原因并给出正确的解答.
解:卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向心力
设A、B两颗卫星的质量分别为mA、mB,则①
②
由①、②得 ∴
.
正确答案
解:这种解法不对.错在没有考虑重力加速度与高度有关.根据万有引力定律知道:
mAgA=G…①
mBgB=G…②
由①、②得:
∴gA=gB
可见,该同学把A、B两卫星的重力加速度gA,gB当作相同的g来处理是不对的.
正确解答:卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,根据牛顿第二定律有
G=mA
…③
G=mB
…④
由③、④得:=
∴
答:它们的线速度大小之比为.
解析
解:这种解法不对.错在没有考虑重力加速度与高度有关.根据万有引力定律知道:
mAgA=G…①
mBgB=G…②
由①、②得:
∴gA=gB
可见,该同学把A、B两卫星的重力加速度gA,gB当作相同的g来处理是不对的.
正确解答:卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,根据牛顿第二定律有
G=mA
…③
G=mB
…④
由③、④得:=
∴
答:它们的线速度大小之比为.
关于环绕地球运动的卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、沿椭圆轨道运行的一颗卫星,在轨道对称的不同位置具有相同的速率,故A正确
B、分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星,可能具有相同的周期,故B错误
C、根据万有引力提供向心力,列出等式:m,其中R为地球半径,h为同步卫星离地面的高度.由于同步卫星的周期必须与地球自转周期相同,所以T为一定值,根据上面等式得出:同步卫星离地面的高度h也为一定值.故C错误
D、同步卫星的周期必须与地球自转周期相同,但与地球自转周期相同的卫星,它们的轨道平面不一定和赤道平面重合,故D错误
故选:A
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