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题型:简答题
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简答题

我国于2003年10月15日成功发射并回收了“神舟”五号载入飞船,已知“神舟”五号绕地球飞行了14圈共历时约21小时,试计算飞船飞行轨道离地面的平均高度.取地球半径R=6400km,g=10m/s2.设飞船飞行14圈都做相同的圆轨道运行.

正确答案

解:设飞船质量为m,地球质量为M,飞船离地面的高度为h.

飞船运行周期

在地球表面处即GM=gR2

飞船飞行时,由牛顿第二定律得

所以

代入①式得

代入数字得

答:飞船飞行轨道离地面的平均高度是300km

解析

解:设飞船质量为m,地球质量为M,飞船离地面的高度为h.

飞船运行周期

在地球表面处即GM=gR2

飞船飞行时,由牛顿第二定律得

所以

代入①式得

代入数字得

答:飞船飞行轨道离地面的平均高度是300km

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题型:简答题
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简答题

2007年10月24日18时29分,星箭成功分离之后,“嫦娥一号”卫星进入半径为205km的圆轨道上绕地球做圆周运动,卫星在这个轨道上“奔跑”一圈半后,于25日下午进行第一次变轨,变轨后,卫星轨道半径将抬高到离地球约600km的地方,如图所示.已知地球半径为R,表面重力加速度为g,求质量为m的“嫦娥一号”卫星以速率v在某一圆轨道上绕地球做圆周运动,求此时卫星距地球地面高度h1

正确答案

解:根据

r=,又GM=gR2

所以轨道半径r=

答:此时卫星距地球地面高度

解析

解:根据

r=,又GM=gR2

所以轨道半径r=

答:此时卫星距地球地面高度

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题型: 单选题
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单选题

近几年我国在航空航天工业上取得了长足的进步,既实现了载人的航天飞行,又实现了航天员的出舱活动.如图所示,在某次航天飞行实验活动中,飞船先沿椭圆轨道1飞行,后在远地点343千米的P处点火加速,由椭圆轨道1变成高度为343千米的圆轨道2.下列判断正确的是(  )

A飞船在椭圆轨道1上的机械能比圆轨道2上的机械能大

B飞船在圆轨道2上时航天员出舱前后都处于失重状态

C飞船在此圆轨道2上运动的角速度小于同步卫星运动的角速度

D飞船在椭圆轨道1上通过P的加速度小于沿圆轨道2运动的加速度

正确答案

B

解析

解:A、在远地点343千米处点火加速,机械能增加,故飞船在椭圆轨道1上的机械能比圆轨道2上的机械能小,故A错误.

B、飞船在圆轨道上时,航天员出舱前后,航天员所受地球的万有引力提供航天员做圆周运动的向心力,航天员此时的加速度就是万有引力加速度,即航天员出舱前后均处于完全失重状态,但都受重力,故B正确.

C、因为飞船在圆形轨道上的周期为90分钟小于同步卫星的周期,根据ω=可知角速度与周期成反比,所以飞船在此圆轨道上运动的角度速度大于同步卫星运动的角速度,故C错误.

D、飞船变轨前后通过椭圆轨道远地点时的加速度均为万有引力加速度,据可知,轨道半径一样则加速度一样,故D错误.

故选:B.

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题型:填空题
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填空题

飞船沿半径为R的圆周绕地球运动,其周期为T,如果飞船要返回地面,可在轨道上的某一点A处,将速率降低到适当数值,从而使飞船沿着以地心为焦点的特殊椭圆轨道运动,椭圆和地球表面在B点相切,如图所示,如果地球半径为r,且R=3r,则飞船由A点到B点所需的时间______

正确答案

解析

解:椭圆轨道的半长轴

根据开普勒第三定律得,

因为R=3r,解得

则飞船由A点到B点的运动时间t=

故答案为:

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题型: 单选题
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单选题

人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为R,线速度为v,周期为T.要使卫星的周期变成2T,可能的办法是(  )

AR不变,使线速度变为

Bv不变,使轨道半径变为2R

C轨道半径变为了

D速度、轨道半径都加倍

正确答案

C

解析

解:A、若半径R不变,使卫星的线速度减小,卫星将做近心运动,周期减小.故A错误.

    B、若v不变,卫星只能在原轨道上运动,半径不变,周期也不变.故B错误.

    C、设地球的质量为M,卫星的质量为m.由牛顿第二定律得:,得到.根据数学知识可知,使轨道半径R变为时,卫星的周期变2T.

   D、根据前面的分析,速度、轨道半径都加倍,无法实现,故D错误.

故选C.

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题型: 多选题
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多选题

如图所示,在“嫦娥”探月工程中,设月球半径为R,月球表面的重力加速度为g0.飞船在半径为4R的圆形轨道Ⅰ上运动,到达轨道的A点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ,到达轨道的近月点B时,再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月做圆周运动,则(  )

A飞船在轨道Ⅲ的运行速率大于

B飞船在轨道Ⅰ上运行速率小于在轨道Ⅱ上B处的速率

C飞船在轨道Ⅰ上的重力加速度小于在轨道Ⅱ上B处重力加速度

D飞船在轨道Ⅰ、轨道Ⅲ上运行的周期之比有TI:TIII=4:1

正确答案

B,C

解析

解:A、设月球的质量为M,飞船的质量为m,飞船绕月运动速度为v,由万有引力提供向心力:,又:,解得:,故A错误;

B、由可知,轨道的半径越大,速度越小,所以飞船在轨道Ⅰ上的速度小于在轨道Ⅲ的速度;而飞船在轨道Ⅱ的B点做离心运动,所以飞船在轨道Ⅱ的B点的速度大于飞船在轨道Ⅲ上的速度,所以飞船在轨道Ⅰ上运行速率小于在轨道Ⅱ上B处的速率.故B正确.

图可知点火后由原来的高轨道Ⅰ进入低轨道Ⅱ,可知卫星要减速,从椭圆轨道Ⅱ变为Ⅲ的圆轨道,需要再次减速度,所以飞船故B错误

C、飞船的加速度a:,可知轨道的半径越大,加速度越小,所以飞船在轨道Ⅰ上的重力加速度小于在轨道Ⅱ上B处重力加速度,故C正确

D、由万有引力充当向心力的周期公式:,得:,故D错误.

故选:BC

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题型:简答题
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简答题

两颗卫星在同一轨道平面内绕地球做绕向相同的匀速圆周运动,设地球平均半径为R,a卫星离地面高为R,b卫星离地面高为3R,若某时该两卫星正好同时通过地面同一点正上方,试求从两卫星位于地面同一点正上方开始,两卫星第一次出现最远距离的时间是a卫星周期的几倍?

正确答案

解:由题两卫星的轨道分别为 Ra=2R,Rb=4R

卫星做速圆周运动,根据开普勒第三定律得

=

所以Ta:Tb=1:2 ①

设经过t时间 二者第一次相距最远,

此时a比b多转半圈,即-=

解得:t=   ②

由①②可得t=Ta

答:两卫星第一次出现最远距离的时间是a卫星周期的倍.

解析

解:由题两卫星的轨道分别为 Ra=2R,Rb=4R

卫星做速圆周运动,根据开普勒第三定律得

=

所以Ta:Tb=1:2 ①

设经过t时间 二者第一次相距最远,

此时a比b多转半圈,即-=

解得:t=   ②

由①②可得t=Ta

答:两卫星第一次出现最远距离的时间是a卫星周期的倍.

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题型: 多选题
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多选题

至今为止,我国北斗导航系统(BDS)已经全部完成了第二阶段的卫星发射任务,共有16颗卫星在工作,其中包括5颗地球静止轨道卫星,有关这16颗卫星,下列说法正确的是(  )

A卫星的质量可以都不相同

B卫星的绕行方向可以都不相同

C卫星的轨道半径可以都不相同

D5颗地球静止轨道卫星轨道平面都相同

正确答案

A,D

解析

解:A、卫星的质量可以都不相同,故A正确;

B、5颗地球静止轨道卫星,卫星的周期必须与地球自转周期相同,与地球相对静止,所以卫星的绕行方向相同,故B错误;

C、根据万有引力提供向心力,列出等式:=mr,

r=R+h,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:5颗地球静止轨道卫星的轨道半径相同.故C错误;

D、5颗地球静止轨道卫星,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.所以我国发射的同步通讯卫星必须定点在赤道上空,故D正确;

故选:AD.

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题型: 单选题
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单选题

质量为m的卫星围绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径是地球半径的2倍.已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,则卫星的动能是(  )

AmgR

BmgR

CmgR

D2mgR

正确答案

A

解析

解:卫星做匀速圆周运动:G=m

设地表面有一物体m0,则有:G=m0g

卫星的动能Ek=mv2

联立以上三式解得:Ek=mgR

故选:A.

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题型: 单选题
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单选题

我国于2010年1月17日凌晨在西昌成功发射第三颗北斗导航卫星,此前,我国已成功发射了两颗北斗导航卫星,这次发射的北斗导航卫星(COMPASS-G2)是一颗地球同步卫星.如图所示,假若第三颗北斗导航卫星先沿椭圆轨道1飞行,后在远地点P处点火加速,由椭圆轨道1变成地球同步圆轨道2.下列说法正确的是(  )

A第三颗北斗导航卫星在轨道2运行时的速度大于7.9km/s

B第三颗北斗导航卫星在轨道2运行时不受重力作用

C第三颗北斗导航卫星在轨道2运行时的向心加速度比在赤道上相对地球静止的物体的向心加速度小

D第三颗北斗导航卫星在轨道1上的P点和轨道2上的P点的加速度大小相等

正确答案

D

解析

解:A、根据知,v=,轨道半径越大,线速度越小,第一宇宙速度的轨道半径等于地球的半径,则卫星在轨道2上运行的速度小于7.9km/s.故A错误.

B、卫星在轨道2上受重力作用.故B错误.

C、因为卫星在同步轨道上的角速度与地球自转的角速度相等,根据a=rω2知,卫星在轨道2运行时的向心加速度大于在赤道上相对地球静止的物体的向心加速度.故C错误.

D、卫星在轨道1上经过P点和轨道2上经过P点所受的万有引力大小相等,根据牛顿第二定律知加速度大小相等.故D正确.

故选D.

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题型: 多选题
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多选题

我国的“北斗一号”卫星定位系统由三颗卫星组成,三颗卫星都定位在距地面约36000km的地球同步轨道上.美国的全球卫星定位系统(简称GPS)由24颗卫星组成,这些卫星距地面的高度均约为20000km.比较这些卫星,下列说法中正确的是(  )

A“北斗一号”系统中的三颗卫星的质量必须相同,否则它们不能定位在同一轨道上

B“北斗一号”卫星的周期比GPS卫星的周期短

C“北斗一号”卫星的加速度比GPS卫星的加速度小

D“北斗一号”卫星的运行速度比GPS卫星的运行速度小

正确答案

C,D

解析

解:A、所有GPS的卫星的质量关系不清楚,所以所受向心力大小关系不确定,故A错误

B、由T=,可得“北斗一号”卫星的周期比GPS卫星的周期长,则B错误

C、D、根据万有引力提供向心力,卫星的加速度公式a=和速度公式v=.所以所有GPS的卫星比北斗一号的卫星线速度大,北斗一号中的中轨道卫星的加速度一定大于高轨道卫星的加速度,故CD正确

故选:CD

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题型:填空题
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填空题

已知某天体的第一宇宙速度为8km/s,则距该天体表面高度为天体半径的宇宙飞船运行速度为______km/s.

正确答案

4

解析

解:第一宇宙速度v==8km/s;

而距该天体表面高度为天体半径的宇宙飞船的运行速度v′===4km/s;

故答案为:4

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题型: 单选题
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单选题

飞船进入正常轨道后,因特殊情况而降低了轨道高度,那么飞船的线速度和周期分别将(  )

A增大、减小

B减小、增大

C增大、增大

D减小、减小

正确答案

A

解析

解:据万有引力提供圆周运动向心力有:

所以可得飞船的线速度v=半径减小时线速度增大,而周期知轨道半径减小时飞船的周期减小,故A正确,BCD错误.

故选:A.

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题型:简答题
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简答题

对某行星的一颗卫星进行观测,已知运行的轨迹是半径为r的圆周,周期为T,已知万有引力常量G,求:

(1)该行星的质量多少?

(2)测得行星的半径为卫星轨道半径的,则此行星表面重力加速度为多大?

正确答案

解:(1)卫星围绕地球做匀速圆周运动,由地球对卫星的万有引力提供卫星所需的向心力.则有:

G=mr

可得:M=

(2)由G=mg

则得:g=100=

答:(1)该行星的质量是

(2)测得行星的半径为卫星轨道半径的,则此行星表面重力加速度为

解析

解:(1)卫星围绕地球做匀速圆周运动,由地球对卫星的万有引力提供卫星所需的向心力.则有:

G=mr

可得:M=

(2)由G=mg

则得:g=100=

答:(1)该行星的质量是

(2)测得行星的半径为卫星轨道半径的,则此行星表面重力加速度为

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题型: 单选题
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单选题

有两颗质量相同的人造卫星,其轨道半径分别是rA、rB,且rA=,那么下列判断中正确的是(  )

A它们的周期之比TA:TB=1:4

B它们的线速度之比vA:vB=8:1

C它们所受的向心力之比FA:FB=8:1

D它们的角速度之比ωA:ωB=8:1

正确答案

D

解析

解:根据万有引力提供卫星绕地球做圆周运动的向心力,得:

解得:v=,T=

A、根据T=,rA=可知,,故A错误;

B、根据v=,rA=可知,,故B错误;

C、根据,质量相等以及rA=可知,,故C错误;

D、根据,rA=可知,,故D正确.

故选:D

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