- 万有引力与航天
- 共16469题
地球同步卫星是定点于赤道上空一定高度的人造卫星,它绕地球运动的周期与地球自转周期相等,一个人站在地球赤道地面上某点随地球自转,求该人的向心加速度与同步卫星的向心加速度的比值.已知地球表面的加速度为g.地球自转周期为T,地球半径为R.
正确答案
解:对于同步卫星,根据万有引力提供向心力得:
G=m
r
在地球表面重力等于万有引力有:
mg=,
可得:GM=gR2,
解得:r=,
同步卫星和人具有相同的周期,根据圆周运动公式a=r得:
=
=
,
答:人的向心加速度与同步卫星的向心加速度的比值是.
解析
解:对于同步卫星,根据万有引力提供向心力得:
G=m
r
在地球表面重力等于万有引力有:
mg=,
可得:GM=gR2,
解得:r=,
同步卫星和人具有相同的周期,根据圆周运动公式a=r得:
=
=
,
答:人的向心加速度与同步卫星的向心加速度的比值是.
设“嫦娥一号”卫星的轨道是圆形的,且贴近月球表面.已知月球的质量约为地球的质量的,月球的半径约为地球半径的
,地球上的第一宇宙速度约为7.9km∕s,试求该探月卫星绕月运行的速度是多少?(万有引力常量为G)
正确答案
解:根据万有引力提供向心力,=m
v=
已知月球质量约为地球质量的,月球的半径约为地球半径的
,
地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s,
月球的第一宇宙速度和地球第一宇宙速度之比是,则月球的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的
倍,大约1.8km/s.
所以探月卫星绕月运行的速度是1.8 km∕s.
答:探月卫星绕月运行的速度是1.8 km∕s.
解析
解:根据万有引力提供向心力,=m
v=
已知月球质量约为地球质量的,月球的半径约为地球半径的
,
地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s,
月球的第一宇宙速度和地球第一宇宙速度之比是,则月球的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的
倍,大约1.8km/s.
所以探月卫星绕月运行的速度是1.8 km∕s.
答:探月卫星绕月运行的速度是1.8 km∕s.
地球的同步卫星距地面高H约为地球半径R的6倍,同步卫星正下方有一静止在地面上的物体A,则同步卫星与物体A的向心加速度之比是多少?若给物体A以适当的绕行速度,使A成为近地卫星,则同步卫星与近地卫星的向心加速度之比是多少?
正确答案
解:(1)同步卫星在赤道的正上方,所以物体A在赤道上,A的转动半径为地球半径R,其角速度与同步卫星相等,设为ω,设同步卫星的向心加速度为a1,物体A的向心加速度为a2,依题意:
a1=7Rω2
a2=Rω2
所以
(2)当物体A成为近地卫星后,设其向心加速度a3,则万有引力提供向心力,设地球质量为M,万有引力常量为G,由
所以
答:(1)同步卫星与物体A的向心加速度之比是7:1
(2)同步卫星与近地卫星的向心加速度之比是1:49
解析
解:(1)同步卫星在赤道的正上方,所以物体A在赤道上,A的转动半径为地球半径R,其角速度与同步卫星相等,设为ω,设同步卫星的向心加速度为a1,物体A的向心加速度为a2,依题意:
a1=7Rω2
a2=Rω2
所以
(2)当物体A成为近地卫星后,设其向心加速度a3,则万有引力提供向心力,设地球质量为M,万有引力常量为G,由
所以
答:(1)同步卫星与物体A的向心加速度之比是7:1
(2)同步卫星与近地卫星的向心加速度之比是1:49
(2015秋•鞍山校级期末)如图所示,质量相同的三颗卫星a、b、c绕地球道时针做匀速圆周运动,其中b、c在地球的同步轨道上,a距离地球表面的高度为R,此时a、b恰好相距最近.已知地球质量为M、半径为R、地球自转的角速度为ω,万有引力常量为G,则( )
正确答案
解析
解:A、卫星b绕地球做匀速圆周运动,7.9km/s是指在地球上发射的物体绕地球飞行作圆周运动所需的最小初始速度,11.2km/s是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度.所以发射卫星b时速度大于7.9km/s,而小于11.2km/s,故A错误;
B、卫星从低轨道到高轨道需要克服引力做较多的功,卫星a、b质量相同,所以卫星b的机械能大于卫星a的机械能.故B错误;
C、让卫星c加速,所需的向心力增大,由于万有引力小于所需的向心力,卫星c会做离心运动,离开原轨道,所以不能与b实现对接,故C错误;
D、卫星b、c在地球的同步轨道上,所以卫星b、c和地球具有相同的周期和角速度.
由万有引力提供向心力,即=mω2r,得:
a距离地球表面的高度为R,所以卫星a的角速度ωa=
此时a、b恰好相距最近,到卫星a和b下一次相距最近:
(ωa-ω)t=2π
解得:t=,故D正确;
故选:D
把太阳系各行星的运动都近似看作匀速圆周运动,则对离太阳越远的行星说法错误的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力=ma,得,v=
,ω=
,
,
,知轨道半径越大,线速度越小,角速度越小,加速度越小,周期越大.故B、C、D正确,A错误.
本题选错误的,故选A.
有一颗行星,它的质量和半径都是地球的一半,那么某一物体在这颗行星表面处受到的重力是它在地球表面处所受重力的多少倍?在这颗行星表面处将此物体以19.6m/s的速度竖直向上抛出,物体能上升的最大高度为多少?
正确答案
解:根据万有引力定律得:=mg,故
,
行星质量是地球质量的一半,半径也是地球半径的一半,
所以
因为,所以
根据匀变速直线运动的速度与位移关系公式,得
答:某一物体在这颗行星表面处受到的重力是它在地球表面处所受重力的2倍,物体能上升的最大高度为9.8m.
解析
解:根据万有引力定律得:=mg,故
,
行星质量是地球质量的一半,半径也是地球半径的一半,
所以
因为,所以
根据匀变速直线运动的速度与位移关系公式,得
答:某一物体在这颗行星表面处受到的重力是它在地球表面处所受重力的2倍,物体能上升的最大高度为9.8m.
2009年2月11日,俄罗斯的“宇宙-2251”卫星和美国的“铱-33”卫星在西伯利亚上空约805km处发生碰撞,这是历史上首次发生的完整在轨卫星碰撞事件,碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太空环境,假定有甲、乙两块碎片,绕地球运动的轨道都是圆,甲的运行速率比乙的大,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:碎片绕地球做匀速圆周运动,由地球的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,则有:
G=m
=ma=m
r
解得:v=…①T=2π r
…②a=
…③
A、C、D、由于甲的运行速率比乙的大,根据公式①得甲的轨道半径较小,所以甲距地面的高度一定比乙的小,由③式知:甲的加速度比乙的大,根据②式知甲的运行周期一定比乙的短,故A正确,CD错误.
B、由于未知两碎片的质量,无法判断向心力的大小,故B错误.
故选:A.
火星有两颗卫星,分别是火卫一和火卫二,它们的轨道近似为圆,已知火卫一的周期为7小时39分,火卫二的周期为30小时18分,则两颗卫星相比( )
正确答案
解析
解:卫星绕火星做匀速圆周运动,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、火星质量为M,有
F=F向
F=G
F向=m=mω2r=m(
)2r
因而
G=m
=mω2r=m(
)2r=ma
解得
v= ①
T==2π
②
ω= ③
a= ④
由于火卫二周期较大,根据②式,其轨道半径较大,再结合①③④式,可知火卫二的线速度较小、角速度较小、加速度较小;
故选AC.
如图所示,A是地球的同步卫星.另一卫星B的圆形轨道位于赤道平面内,离地面高度为h.已知地球半径为R,地球自转角速度为ω0,地球表面的重力加速度为g,O为地球中心.则( )
正确答案
解析
解:A、由万有引力提供向心力得:
=m
r
r=R+h
卫星B的运行周期为T=2π=2π
,故A正确;
B、根据a=可知B卫星的向心加速度大于同步卫星向心加速度,
根据a=ω2r,同步卫星向心加速度大于赤道上物体的向心加速度,
所以B卫星的向心加速度大于赤道上物体的向心加速度,故B错误;
C、B卫星减速,做近心运动,不可能到达A卫星所在轨道,故C错误;
D、AB再次相遇的话,B比A多转一周:-
=1
ω=
解得:t=,故D正确;
故选:AD.
若人造卫星绕地球做匀速圆周运动,则离地面越远的卫星( )
正确答案
解析
解:根据=
得,a=
,v=
,ω=
,T=
.知离地面越远的卫星,轨道半径越大,线速度越小、角速度越小、周期越大、向心加速度越小.故C正确,A、B、D错误.
故选C.
我国建成的北斗导航卫星系统包含多颗地球同步卫星,这有助于减少我国对GPS导航系统的依赖,GPS由运行周期为12小时的卫星群组成,设北斗导航系统中的同步卫星和GPS导航卫星的周期分别为T1和T2,轨道半径分别为R1和R2,则( )
正确答案
解析
解:A、B、GPS由运行周期为12小时的卫星群组成,同步卫星的周期是24小时,所以北斗导航系统中的同步卫星和GPS导航卫星的周期之比,T1:T2=2:l.故A错误,B正确;
C、根据万有引力提供向心力列出等式:
=m(
)2r
解得:
r=
由于T1:T2=2:l,故:
R1:R2=:l,故C错误,D正确;
故选:BD.
人造地球卫星A、B绕地球做圆周运动,它们距地面的高度分别为hA和hB,地球半径为R,则它们速度之比为VA:VB=______;周期之比为TA:TB=______.
正确答案
解析
解:人造地球围绕地心做圆周运动,卫星的轨道半径r=R+h,卫星做圆周运动万有引力提供圆周运动向心力有:
=m(R+h)
可得线速度为:v=
所以有:=
卫星的周期为:
所以有:=
故答案为:,
.
已知R是地球半径,T为地球自转周期,表面重力加速度为g,G为万有引力恒量,求同步卫星离地面的高度.
正确答案
解:设地球质量为M,卫星质量为m,地球同步卫星到地面的高度为h,则
同步卫星所受万有引力等于向心力:=m
r
r=R+h
在地球表面上引力等于重力:=mg
故地球同步卫星离地面的高度h=-R
答:同步卫星离地面的高度是-R.
解析
解:设地球质量为M,卫星质量为m,地球同步卫星到地面的高度为h,则
同步卫星所受万有引力等于向心力:=m
r
r=R+h
在地球表面上引力等于重力:=mg
故地球同步卫星离地面的高度h=-R
答:同步卫星离地面的高度是-R.
我国发射的“神舟八号”飞船与先期发射的“天宫一号”空间站实现了完美对接.已知“天宫一号”绕地球做圆轨道运动,假设沿椭圆轨道运动的“神州八号”环绕地球的运动方向与“天宫一号”相同,远地点与“天宫一号”的圆轨道相切于某点P,并在该点附近实现对接,如图所示.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力等于向心力得:
=mω2r
ω=
“天宫一号”的轨道半径小于同步卫星的轨道半径,所以“天宫一号”的角速度大于地球同步卫星的角速度.
地球同步卫星的角速度与地球自转的角速度相同,所以“天宫一号”的角速度大于地球自转的角速度.故A错误
B、第一宇宙速度是发射卫星的最小速度,所以“神舟八号”飞船的发射速度大于第一宇宙速度.故B正确
C、根据万有引力等于向心力得:
=ma
a=
所以在远地点P处,“神舟八号”的加速度与“天宫一号”相等,故C正确
D、根据开普勒第三定律知,=K,
“神舟八号”在椭圆轨道的半长轴小于“天宫一号”轨道半径,所以“神舟八号”在椭圆轨道上运行周期比“天宫一号”在圆轨道上运行周期小.故D错误.
故选:BC.
北斗卫星导航系统是继美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略之后,全球第四大卫星导航系统.到2020年我国将形成由30多颗同步卫星组网且导航精度达0.1m的高精度导航系统.若同步卫星离地面的高度为h,地球的半径为R,地面附近的重力加速度为g,万有引力常量为G,求(用字母表示):
(1)同步卫星绕地运行的线速度;
(2)若某卫星绕地球做勻速圆周运动,其轨道半径为地球半径的3倍,则同步卫星与该卫星的线速度之比.
正确答案
解:(1)忽略星球自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式
=mg
研究同步卫星在地球轨道上做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,
=m
r=R+h
解得:v=,
(2)若某卫星绕地球做勻速圆周运动,其轨道半径为地球半径的3倍,
根据万有引力提供向心力,
=m
r=3R
同步卫星与该卫星的线速度之比为=
,
答:(1)同步卫星绕地运行的线速度是;
(2)若某卫星绕地球做勻速圆周运动,其轨道半径为地球半径的3倍,则同步卫星与该卫星的线速度之比是.
解析
解:(1)忽略星球自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式
=mg
研究同步卫星在地球轨道上做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,
=m
r=R+h
解得:v=,
(2)若某卫星绕地球做勻速圆周运动,其轨道半径为地球半径的3倍,
根据万有引力提供向心力,
=m
r=3R
同步卫星与该卫星的线速度之比为=
,
答:(1)同步卫星绕地运行的线速度是;
(2)若某卫星绕地球做勻速圆周运动,其轨道半径为地球半径的3倍,则同步卫星与该卫星的线速度之比是.
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