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题型: 单选题
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单选题

如图所示,发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火将卫星送入椭圆轨道2,然后再次点火,将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q点,2、3相切于P点,则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,下列说法中正确的是(  )

A卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率

B卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度

C卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度

D卫星在轨道2上经过P点时的速度小于它在轨道3上经过P点时的速度

正确答案

D

解析

解:A、设卫星和地球的质量分别为m和M,卫星速率为v,轨道半径为r,

则有,得到 v=,可见半径小,速率大.故A错误.

    B、由ω=,半径小,角速度大.故B错误.

    C、根据牛顿第二定律,卫星经过Q点时加速度一定.故C错误.

    D、从轨道2到轨道3,卫星在P点是做逐渐远离圆心的运动,要实现这个运动必须使卫星所需向心力大于万有引力,所以应给卫星加速,增加所需的向心力.所以在轨道3上P点的速度大于轨道上2经过P点的速度.故D正确.

故选:D.

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题型: 单选题
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单选题

关于绕地球运转的近地卫星和同步卫星,下列说法中正确的是(  )

A近地卫星可以在通过北京地理纬度圈所决定的平面上做匀速圆周运动

B同步卫星不可能经过北京上空

C近地卫星或地球同步卫星上的物体,因“完全失重”,其运行加速度为零

D地球同步卫星可以在地球赤道平面上的不同高度运行

正确答案

B

解析

解;A、万有引力指向地心提供向心力,所以卫星做圆周运动的圆心必须在地心,故A错误

B、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,同步卫星不可能经过北京上空,故B正确

C、近地卫星或地球同步卫星上的物体,因“完全失重”,其运行加速度不为零,故C错误

D、根据万有引力提供向心力,列出等式:G=m(2  (R+h),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D错误

故选B.

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题型: 多选题
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多选题

如图,A、B两行星以不同半径、相同方向绕一恒星作匀速圆周运动,A行星的周期为T1,B行星的周期为T2,若某一时刻两行星相距最近,则(  )

A再经过时间T1 T2两行星相距最近

B再经过时间两行星相距最近

C再经过时间两行星相距最远

D再经过时间两行星相距最远

正确答案

B,D

解析

解:AB、卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力有:G=mr(2

可得周期为:T=,半径越大周期越大,故由题意知,两卫星周期满足T1<T2

某时刻两卫星相距最近,则可知经过时间t1两卫星再次相距最近时,A卫星比B卫星多转过2π弧度,即有:

-)t1=2π

所以可得:t1==

故A错误,B正确;

CD、同理当两颗卫星经过时间t2两卫星相距最远时,A卫星比B卫星多转过π弧度,即有:

-)t1

所以可得:t2==

故C错误,D正确;

故选:BD

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题型:简答题
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简答题

某国家计划发射一颗距离地面高度为地球半径R0的圆形轨道上运行的地球卫星,卫星轨道平面与赤道平面重合,已知地球表面重力加速度为g,引力常量为G.

(1)求出卫星绕地心运动周期T

(2)试推导第一宇宙速度.

正确答案

解:(1)在地球表面有重力等于万有引力        ①

卫星受到地球的万有引力提供卫星运动的向心力有:       ②

由①和②可解得T=

(2)第一宇宙速度为近地轨道卫星运行的速度,此时万有引力提供卫星圆周运动的向心力即      ③

由①和③式可得

答:(1)卫星的周期为T=

(2)第一宇宙速度为

解析

解:(1)在地球表面有重力等于万有引力        ①

卫星受到地球的万有引力提供卫星运动的向心力有:       ②

由①和②可解得T=

(2)第一宇宙速度为近地轨道卫星运行的速度,此时万有引力提供卫星圆周运动的向心力即      ③

由①和③式可得

答:(1)卫星的周期为T=

(2)第一宇宙速度为

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题型:简答题
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简答题

有两行星A和B(均可看为匀质球体),质量之比MA:MB=2:1,半径之比RA:RB=1:2.两行星各有一卫星分别为a和b,卫星运动的圆形轨道半径分别为ra和rb,ra:rb=1:3.求两卫星运行周期之比Ta:Tb

正确答案

解:卫星绕各自行星做圆周运动,向心力为行星对卫星的万有引力

对于卫星a   

由①②可得③同理对于卫星b可得 

由③④可得

把数据代入⑤得

答:两卫星运行周期之比是

解析

解:卫星绕各自行星做圆周运动,向心力为行星对卫星的万有引力

对于卫星a   

由①②可得③同理对于卫星b可得 

由③④可得

把数据代入⑤得

答:两卫星运行周期之比是

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题型:简答题
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简答题

我国自行研制的“神舟五号”载人飞船载着中国第一代宇航员杨利伟,于2003年10月15日9时在酒泉发射场由“长征二号F”大推力运载火箭发射升空,并按预定轨道环绕地球飞行14圈后,于10月16日6时23分安全返回落在内蒙古的主着陆场.

(1)设“神舟五号”飞船在飞行过程中绕地球沿圆轨道运行,已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,飞船绕地球运行的周期为T.求飞船离地面的平均高度h.

(2)已知将质量为m的飞船在距地球中心无限远处移到距离地球中心为r处的过程中,万有引力做功为W=GMm/r,式中G为万有引力恒量,M为地球的质量.那么将质量为m的飞船从地面发射到距离地面高度为h的圆形轨道上,火箭至少要对飞船做多少功?(为简化计算,不考虑地球自转对发射的影响)

正确答案

解:(1)设飞船质量为m,地球质量为M,

由万有引力定律和牛顿第二定律对飞船的运行过程有

=mg

解得飞船离地面的高度

(2)若将飞船由距地球无穷远处移至距离地球表面为h处,引力做功为:W1=

若将飞船由距地球无穷远处移至地球表面,引力做功为W2=

所以将飞船由地球表面发射到距离地面h高的轨道上的过程中,引力做功为W3=-

设飞船在距离地面高为h的圆轨道上运动时的速度为v,

根据万有引力定律和牛顿第二定律有:

设将飞船送入沿距地面高度为h的圆形轨道运动的过程中,火箭要对飞船所做的功为W,

根据动能定理有 

解得:

答:(1)飞船离地面的平均高度是

(2)火箭至少要对飞船做功为

解析

解:(1)设飞船质量为m,地球质量为M,

由万有引力定律和牛顿第二定律对飞船的运行过程有

=mg

解得飞船离地面的高度

(2)若将飞船由距地球无穷远处移至距离地球表面为h处,引力做功为:W1=

若将飞船由距地球无穷远处移至地球表面,引力做功为W2=

所以将飞船由地球表面发射到距离地面h高的轨道上的过程中,引力做功为W3=-

设飞船在距离地面高为h的圆轨道上运动时的速度为v,

根据万有引力定律和牛顿第二定律有:

设将飞船送入沿距地面高度为h的圆形轨道运动的过程中,火箭要对飞船所做的功为W,

根据动能定理有 

解得:

答:(1)飞船离地面的平均高度是

(2)火箭至少要对飞船做功为

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题型: 单选题
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单选题

一个半径是地球3倍、质量是地球36倍的行星,它表面的重力加速度是地球面重力加速度的(不考虑地球和星球的自转)(  )

A4倍

B6倍

C13.5倍

D18倍

正确答案

A

解析

解:在地球表面有,根据G=mg得,

重力加速度g=

因为行星的半径是地球半径的3倍,质量是地球质量的36倍,则行星表面的重力加速度是地面重力加速度的4倍.

故选:A.

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题型:简答题
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简答题

我国航天事业取得了令世界瞩目的成就.其中“嫦娥一号”和“嫦娥二号”已经成功地绕月运行,并对月球进行了近距离探测.它们环绕月球做匀速圆周运动时,距月球表面的高度分别为h1和h2.已知月球的半径为R,月球的质量为M,引力常量为G.求:

(1)月球表面附近的重力加速度;

(2)“嫦娥一号”与“嫦娥二号”环绕月球运动的向心加速度之比.

正确答案

解:(1)根据万有引力等于重力

=m0g,

月球表面附近的重力加速度g=

(2)根据牛顿第二定律得=ma

a=

“嫦娥一号”与“嫦娥二号”环绕月球运动的向心加速度之比为

答:(1)月球表面附近的重力加速度是

(2)“嫦娥一号”与“嫦娥二号”环绕月球运动的向心加速度之比是

解析

解:(1)根据万有引力等于重力

=m0g,

月球表面附近的重力加速度g=

(2)根据牛顿第二定律得=ma

a=

“嫦娥一号”与“嫦娥二号”环绕月球运动的向心加速度之比为

答:(1)月球表面附近的重力加速度是

(2)“嫦娥一号”与“嫦娥二号”环绕月球运动的向心加速度之比是

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题型: 单选题
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单选题

北斗卫星导航系统是中国自行研制开发的三维卫星定位与通信系统(CNSS),它包括5颗同步卫星和30颗非静止轨道卫星,其中还有备用卫星在各自轨道上做匀速圆周运动.设地球半径为R,同步卫星的轨道半径约为6.6R.如果某一备用卫星的运行周期约为地球自转周期的,则该备用卫星离地球表面的高度约为(  )

A0.65R

B1.65R

C2.3R

D3.3R

正确答案

A

解析

解:已知同步卫星的周期是地球自转周期,

备用卫星的运行周期约为地球自转周期的,所以备用卫星的运行周期约为同步卫星周期的

根据开普勒第三定律=k得

=

同步卫星的轨道半径约为6.6R,所以备用卫星的轨道半径约为1.65R,

所以该备用卫星离地球表面的高度约为0.65R.

故选A.

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题型: 单选题
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单选题

据报道,北京时间2013年12月6日17时53分,嫦娥三号探测器成功实施近月制动,顺利进入环月轨道.探测器环月运行轨道可视为圆轨道.已知质量为m的探测器环月运行时可忽略地球及其他天体的引力,其轨道半径为r,运动周期为T,引力常量为G.由以上条件可求得(  )

A月球的半径

B月球表面的重力加速度

C探测器离月球表面的高度

D月球的质量

正确答案

D

解析

解:A、根据题意无法求出月球的半径,故A错误;

B、根据万有引力等于重力得:

=mg

g=

不知道月球的半径,所以不能求出月球表面的重力加速度,故B错误;

C、轨道半径为r=R+h,不知道月球的半径,所以不能求出离月球表面的高度,故C错误;

D、轨道半径为r,运动周期为T,引力常量为G,

根据万有引力提供向心力,

=m

M=,所以能求出月球的质量,故D正确;

故选:D.

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题型: 多选题
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多选题

如图所示,在同一轨道平面上的三个人造地球卫星A、B、C 在某一时刻恰好在同一直线上,下列说法中正确的是(  )

A根据v=,可知 vA<vB<vC

B根据万有引力定律,可知FA>FB>FC

C卫星的向心加速度aA>aB>aC

D卫星运动一周后,A 先回到原地点

正确答案

C,D

解析

解:A、设地球的质量为M,卫星的轨道半径为r,卫星的速度v=,可见,r越大,v越小,则有vA>vB>vC.故A错误;

B、由于三颗的质量关系未知,无法根据万有引力定律F=比较引力的大小.故B错误;

C、卫星的向心加速度等于a=,r越小,a越大,则有aA>aB>aC.故C正确;

D、卫星的周期T═,r越大,T越大,所以运动一周后,A先回到原地点、C最晚回到原地点.故D正确.

故选:CD

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题型:简答题
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简答题

石墨烯是近些年发现的一种新材料,其超高强度及超强导电、导热等非凡的物理化学性质有望使21世纪的世界发生革命性的变化,其发现者由此获得2010年诺贝尔物理学奖.用石墨烯制作超级缆绳,人类搭建“太空电梯”的梦想有望在本世纪实现.科学家们设想,通过地球同步轨道站向地面垂下一条缆绳至赤道基站,电梯仓沿着这条缆绳运行,实现外太空和地球之间便捷的物资交换.

(1)有关地球同步轨道卫星,下列表述正确的是______

A.卫星距离地面的高度大于月球离地面的高度

B.卫星的运行速度小于第一宇宙速度

C.卫星运行时可能经过嘉兴的正上方

D.卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度

(2)若把地球视为质量分布均匀的球体,已知同步卫星绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为a1,近地卫星绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为a2,地球赤道上的物体做匀速圆周运动的向心加速度大小为a3,地球北极地面附近的重力加速度为g1,地球赤道地面附近的重力加速度为g2,则:______

A.a1=g1        B.a2=g1       C.a3=g1        D.g1-g2=a3

(3)当电梯仓停在距地面高度h=4R的站点时,求仓内质量m=50kg的人对水平地板的压力大小.取地面附近重力加速度g取10m/s2,地球自转角速度ω=7.3×10-5rad/s,地球半径R=6.4×103km.(结果保留三位有效数字)

正确答案

解:(1)A、根据开普勒第三定律,周期越大,轨道半径越大,离地球越远,月球的周期为27天,同步卫星为1天,故月球离地球的距离远远大于同步卫星离地球的距离,故A错误.

B、根据万有引力提供向心力,得,轨道半径越小,速度越大,当轨道半径最小等于地球半径时,速度等于第一宇宙速度,故同步卫星的运行速度小于第一宇宙速度,故B正确.

C、同步卫星只能在赤道正上方,故C错误.

D、根据万有引力提供向心力,所以卫星的向心加速度为.在地球表面的物体受到的重力等于万有引力,得地球表面的重力加速度,因为r>R,故卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度,故D正确.

故选:BD.

(2)同步卫星绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为a1=,近地卫星绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为a2=,地球赤道上的物体做匀速圆周运动的向心加速度大小为a3=,地球北极地面附近的重力加速度为g1=地球赤道地面附近的重力加速度为g2=

故a2=g1,g1-g2=a3,故BD正确、AC错误.

故选:BD.

(3)根据

因为a=(h2+R)ω2=5Rω2

联立解得N=2≈11.5N.

根据牛顿第三定律知,人对水平地板的压力为11.5N.

答:(1)BD;(2)BD;(3)仓内质量m=50kg的人对水平地板的压力大小为11.5N.

解析

解:(1)A、根据开普勒第三定律,周期越大,轨道半径越大,离地球越远,月球的周期为27天,同步卫星为1天,故月球离地球的距离远远大于同步卫星离地球的距离,故A错误.

B、根据万有引力提供向心力,得,轨道半径越小,速度越大,当轨道半径最小等于地球半径时,速度等于第一宇宙速度,故同步卫星的运行速度小于第一宇宙速度,故B正确.

C、同步卫星只能在赤道正上方,故C错误.

D、根据万有引力提供向心力,所以卫星的向心加速度为.在地球表面的物体受到的重力等于万有引力,得地球表面的重力加速度,因为r>R,故卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度,故D正确.

故选:BD.

(2)同步卫星绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为a1=,近地卫星绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为a2=,地球赤道上的物体做匀速圆周运动的向心加速度大小为a3=,地球北极地面附近的重力加速度为g1=地球赤道地面附近的重力加速度为g2=

故a2=g1,g1-g2=a3,故BD正确、AC错误.

故选:BD.

(3)根据

因为a=(h2+R)ω2=5Rω2

联立解得N=2≈11.5N.

根据牛顿第三定律知,人对水平地板的压力为11.5N.

答:(1)BD;(2)BD;(3)仓内质量m=50kg的人对水平地板的压力大小为11.5N.

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题型:简答题
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简答题

航天宇航员在月球表面完成了如下实验:如图所示,在月球表面固定一竖直光滑圆形轨道,在轨道内的最低点,放一可视为质点的小球,当给小球水平初速度v0时,小球刚好能在竖直面内做完整的圆周运动.已知圆形轨道半径为r,月球的半径为R.求:

(1)月球表面的重力加速度g;

(2)轨道半径为2R的环月卫星周期T.

正确答案

解:(1)设小球的质量为m,月球的质量为M,因小球在最高点恰好完成圆周运动,设最高点时小球速度为v,由牛顿第二定律得:

mg=

从最低点带最高点过程中,由动能定理得:

-mg×2r=mv2-m

由①②得g=   ③

(2)根据万有引力提供向心力得

对卫星:=m×2R   ④

对小球:

=m′g   ⑤

由③④⑤得:T=

答:(1)月球表面的重力加速度是

(2)轨道半径为2R的环月卫星周期是

解析

解:(1)设小球的质量为m,月球的质量为M,因小球在最高点恰好完成圆周运动,设最高点时小球速度为v,由牛顿第二定律得:

mg=

从最低点带最高点过程中,由动能定理得:

-mg×2r=mv2-m

由①②得g=   ③

(2)根据万有引力提供向心力得

对卫星:=m×2R   ④

对小球:

=m′g   ⑤

由③④⑤得:T=

答:(1)月球表面的重力加速度是

(2)轨道半径为2R的环月卫星周期是

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题型: 单选题
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单选题

2013年10月25日我国成功将:“实践十六号”卫星送入预定轨道.如图所示,“实践十六号”卫星的发射过程可简化为:卫星发射后,先在椭圆轨道上运行一段时间,再稳定在对应的圆轨道上,稳定后,若“实践十六号”卫星的运动可看做在距离地面高度为h的轨道上做匀速圆周运动.已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g.卫星在椭圆轨道上运行时,地心处在椭圆的一个焦点上.则下列说法正确的是(  )

A“实践十六号”在圆轨道上运行的加速度大小是

B“实践十六号”在圆轨道上从A到B的运行时间是π

C“实践十六号”在圆轨道上运行的速度大小是R

D“实践十六号”在B点从椭圆轨道进入圆轨道时需减速

正确答案

B

解析

解:A、根据万有引力提供向心力有:,r=R+h,

根据万有引力等于重力得:

所以“实践十六号”在圆轨道上运行的加速度是,故A错误;

B、根据开普勒周期定律可得,其中T′为近地卫星的周期,所以,故“实践十六号”在椭圆轨道上从A到B的运行时间是,故B正确;

C、根据万有引力提供向心力有:,得=R,故C错误;

D、“实践十六号”进入圆轨道前需加速,做离心运动,故D错误;

故选:B.

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题型: 单选题
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单选题

2013年6月13日13时18分,“神舟10号”载人飞船成功与“天宫一号”目标飞行器交会对接,如图所示,若“神舟10号”对接前从圆轨道Ⅰ变轨至圆轨道Ⅱ,已知地球半径为R,轨道Ⅰ距地面高度h1,轨道Ⅱ距地面高度h2,则关于“神舟10号”的下列判断正确的是(  )

A变轨时需减速才能从轨道Ⅰ变轨至轨道Ⅱ

B变轨前后向心加速度大小的比值为

C变轨后“神舟10号”的线速度大于7.9km/s

D若“天宫一号”与“神舟10号”同轨,且一前一后沿同一方向绕行,只要飞船向后喷气加速,两飞行器就可实现对接

正确答案

A

解析

解:A、在轨道Ⅰ需要减速做近心运动才能变至轨道Ⅱ,故A正确;

B、万有引力提供向心力,故:

解得:

故变轨前后向心加速度大小的比值为:

,故B错误;

C、万有引力提供向心力,故:

故:,故卫星越高越慢,故变轨后“神舟10号”的线速度小于7.9km/s,故C错误;

D、若“天宫一号”与“神舟10号”同轨,且一前一后沿同一方向绕行,飞船向后喷气加速,会做离心运动,不会对接,故D错误;

故选:A

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