- 万有引力与航天
- 共16469题
已知地球质量是月球质量的81倍,地球半径约为月球半径的4倍,地球上发射近地卫星的环绕速度为8km/s,那么在月球上发射一艘靠近月球表面运行的宇宙飞船,它的环绕速度为多少.
正确答案
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有:G
得绕星球表面飞行的宇宙飞船的速度为:
所以绕月球飞行的飞船速度为:=
答:绕月球表面飞行的飞船的环绕速度为1.78km/s.
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有:G
得绕星球表面飞行的宇宙飞船的速度为:
所以绕月球飞行的飞船速度为:=
答:绕月球表面飞行的飞船的环绕速度为1.78km/s.
在某星球表面以初速度v0竖直上抛一个物体,如果仅考虑物体受该星球的引力作用,忽略其他力的影响,物体上升的最大高度为H,已知该星球的半径为R,若发射一颗在该星球表面附近绕该星球做匀速圆周运动的卫星,求这颗卫星的线速度和周期.
正确答案
解:由,得
根据
=
,
=
故卫星的线速度为,周期为
.
解析
解:由,得
根据
=
,
=
故卫星的线速度为,周期为
.
一个近地卫星(轨道半径可以认为等于地球半径R),绕地球运动周期为84min,而地球同步通信卫星则位于地球赤道上方的高空,它绕地球运行的周期等于地球自转的周期,试估计地球同步通信卫星的高度.
正确答案
解:地球同步通信卫星与地球相对静止,同步通信卫星绕地球一周的时间与地球自转一周的时间相同,为24h.
一个近地卫星(轨道半径可以认为等于地球半径R),绕地球运动周期为84min,
根据万有引力提供圆周运动的向心力列出等式:
F==m
r=
同步通信卫星与近地卫星的周期之比是=
所以同步通信卫星与近地卫星的轨道半径之比是:=
=6.65
近地卫星的轨道半径可以认为等于地球半径R,所以地球同步通信卫星的高度为:
h=6.65R-R=5.65R.
答:地球同步通信卫星的高度是5.65R.
解析
解:地球同步通信卫星与地球相对静止,同步通信卫星绕地球一周的时间与地球自转一周的时间相同,为24h.
一个近地卫星(轨道半径可以认为等于地球半径R),绕地球运动周期为84min,
根据万有引力提供圆周运动的向心力列出等式:
F==m
r=
同步通信卫星与近地卫星的周期之比是=
所以同步通信卫星与近地卫星的轨道半径之比是:=
=6.65
近地卫星的轨道半径可以认为等于地球半径R,所以地球同步通信卫星的高度为:
h=6.65R-R=5.65R.
答:地球同步通信卫星的高度是5.65R.
一探测卫星绕地球作匀速圆周运动时,由于地球遮挡阳光,会经历“日全食”过程.(如图所示)已知地球半径为R,地球质量为M,引力常量为G,太阳光可看作平行光,探测卫星在A点测出对地球张角为θ.求:
(1)探测卫星在A点时距离地面的高度;
(2)探测卫星绕地球运行的速度大小;
(3)探测卫星绕地球运行的周期.
(若提高难度,不给图)
正确答案
解:(1)根据几何关系得
AO间的距离r=,
所以探测卫星在A点时距离地面的高度h=r-R=-R
(2)由引力提供向心力得
速度v==
(3)根据圆周运动的知识得
探测卫星绕地球运行的周期T==
答:(1)探测卫星在A点时距离地面的高度h=r-R=-R
(2)探测卫星绕地球运行的速度大小是
(3)探测卫星绕地球运行的周期T.
解析
解:(1)根据几何关系得
AO间的距离r=,
所以探测卫星在A点时距离地面的高度h=r-R=-R
(2)由引力提供向心力得
速度v==
(3)根据圆周运动的知识得
探测卫星绕地球运行的周期T==
答:(1)探测卫星在A点时距离地面的高度h=r-R=-R
(2)探测卫星绕地球运行的速度大小是
(3)探测卫星绕地球运行的周期T.
某卫星在赤道上空飞行,轨道平面与赤道平面重合,轨道半径为r,飞行方向与地球的自转方向相同.设地球的自转角速度为ω0,地球半径为R,地球表面重力加速度为g,在某时刻该卫星通过赤道上某建筑物的正上方,则到它下次通过该建筑物正上方所需的时间可能为( )
正确答案
解析
解:人造卫星绕地球做匀速圆周运动,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、地球质量为M,有
F=F向
F=G
F向=mω2r
因而
G=mω2r
解得
ω=①
卫星再次经过某建筑物的上空,卫星多转动一圈,有
(ω-ω0)t=2π ②
地球表面的重力加速度为
g= ③
联立①②③后,解得
t=.
故选A.
2005年10月12日,我国成功发射“神舟六号”载人飞船,两名宇航员空间试验顺利完成,并于10月17日凌晨顺利返回.
(1)据报道:飞船1天绕地球飞行约16圈,已知地球的半径R=6400Km,地球表面的重力加速度g=9.8m/s2,飞船在圆轨道上运行.试估算飞船距地面的高度约为______Km;
(2)飞船进入正常轨道后,因特殊情况而需要降低到新轨道上绕地球运行,那么在新轨道上飞船的线速度与原轨道时相比将______(选填“变大”、“变小”或“不变”).
正确答案
270
变大
解析
解:(1)飞船做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,得
G=m
在地球表面上,有G
联立上两式得 h=
而周期T=s=5400s,
代入数据解得,h=270km
(2)根据卫星的线速度公式v=知,飞船轨道半径越小,线速度越大,故在新轨道上飞船的线速度与原轨道时相比变大.
故答案为:
(1)270;
(2)变大
某颗人造地球卫星在距地面高度为h的圆形轨道上绕地球飞行,其运动可视为匀速圆周运动.已知地球半径为R,地面附近的重力加速度为g.求:
(1)卫星在圆形轨道上运行的速度
(2)卫星在圆形轨道上运行的周期.
正确答案
解:(1)地球对人造卫星的万有引力提供向心力
=
=m
r,r=R+h,
又在地球表面有一质量为m0的物体,=m0g,GM=R2g
解得V=
(2)=m
r
T=2π=2π
答:(1)卫星在圆形轨道上运行的速度是
(2)卫星在圆形轨道上运行的周期是2π.
解析
解:(1)地球对人造卫星的万有引力提供向心力
=
=m
r,r=R+h,
又在地球表面有一质量为m0的物体,=m0g,GM=R2g
解得V=
(2)=m
r
T=2π=2π
答:(1)卫星在圆形轨道上运行的速度是
(2)卫星在圆形轨道上运行的周期是2π.
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,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点,如图所示.关于这颗卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时(不计阻力),以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据开普勒第三定律(类似),卫星在轨道3上的周期大于在轨道1上周期,在轨道2上的半长轴小于轨道3上的半径,故其周期小于轨道3上的周期,故A错误;
B、根据知,轨道半径越大,角速度越小,故B正确;
C、从轨道1到轨道2,卫星在Q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2上Q点的速度大于轨道1上Q点的速度,速度大的动能大,故C正确;
D、卫星从轨道2到轨道3需要克服引力做较多的功,故在轨道3上机械能较大,故D错误.
故选:BC.
人造卫星绕地球做匀速圆周运动,卫星距地心的距离是地球半径的4倍.已知地球半径为6400km,地面的重力加速度为10m/s2,求卫星运行的周期.(结果保留两位有效数字)
正确答案
解:根据万有引力等于重力列出等式,
=mg,
根据万有引力提供圆周运动向心力有:
=m
,r=4R,
T=2π=2π
已知地球半径为6400km,地面的重力加速度为10m/s2,
解得:T=4.0×104s.
答:卫星运行的周期是4.0×104s.
解析
解:根据万有引力等于重力列出等式,
=mg,
根据万有引力提供圆周运动向心力有:
=m
,r=4R,
T=2π=2π
已知地球半径为6400km,地面的重力加速度为10m/s2,
解得:T=4.0×104s.
答:卫星运行的周期是4.0×104s.
(2015秋•衡水校级期中)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,则下面叙述中不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、地球同步卫星的角速度与地球自转的角速度相同,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G=ma,得a=
,可知卫星的轨道半径越大,向心加速度越小,则地球同步卫星c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不正确;
B、由G=m
,得v=
,则知卫星的半径越大,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×2π=
.故C正确;
D、由开普勒第三定律 =k知,卫星的轨道半径越大,周期越大,所以d的运动周期大于c的周期24h,可能是28h.故D正确;
本题选不正确的,故选:A
下列关于地球同步卫星的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力得:,因周期一定,则距地面高度一定,地球同步卫星距离地球的高度约为36000 km,半径一样,且线速度的大小也一定,故A错误;
B、第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,也是最大的圆周运动的环绕速度.而同步卫星的轨道半径要大于近地卫星的轨道半径,根据v的表达式可以发现,同步卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度,故B正确;
C、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,所以同步卫星不可能经过北京的正上空,故C错误;
D、根据,当运行半径越大时,角速度越小,因此比月球绕地球运行的角速度大,故D错误;
故选:B
一颗人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,卫星到地心的距离为r,已知地球表面的重力加速度g和地球的半径R,试推导卫星速度大小的表达式.
正确答案
解:在地球表面有:
由此可得GM=gR2
卫星绕地球圆周运动万有引力提供圆周运动向心力有:
所以可得卫星的线速度=
=
答:卫星线速度的大小表达式为:.
解析
解:在地球表面有:
由此可得GM=gR2
卫星绕地球圆周运动万有引力提供圆周运动向心力有:
所以可得卫星的线速度=
=
答:卫星线速度的大小表达式为:.
一颗人造卫星在绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为地球半径的2倍,则该卫星做匀速圆周运动的速度( )
正确答案
解析
解:卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供圆周运动向心力有:
得卫星的线速度:
知轨道半径越大,则卫星的线速度越小.
又因为近地卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度大小为v1=7.9km/s,所以轨道半径大于地球半径的卫星线速度均小于7.9km/s.
宗上所述可知,ACD错误,B正确.
故选:B
已知月球半径为R,月球表面的重力加速度为g0,“嫦娥三号”飞船沿距月球高度为3R的圆形轨道Ⅰ运动,如图所示,到达轨道的A点变轨进入椭圆轨道Ⅱ,到达轨道Ⅱ的近月点B再次变轨进入近月轨道Ⅲ(距月表高度忽略不计)绕月球做圆周运动.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由牛顿第二定律得:,解得,飞船的线速度:v=
,飞船在轨道Ⅲ跟轨道Ⅰ的线速度大小之比:
=
=
,故A正确;
B、由牛顿第二定律得:,解得,飞船的周期:T=2π
,在月球表面:
,得GM=g0R2,则飞船在轨道Ⅰ绕月球运动一周所需的时间T=2π
=2π
,故B错误;
C、飞船在A点处点火时,是通过向行进方向喷火,做减速运动,向心进入椭圆轨道,所以点火瞬间是动能减小的,故C错误.
D、飞船在Ⅱ轨道上由A点运动到B点的过程中,万有引力做正功,动能增大,故D正确.
故选:AD.
宇宙飞船要与环绕地球匀速运动的轨道空间站对接,飞船为了追上轨道空间站( )
正确答案
解析
解:飞船做匀速圆周运动时,由地球的万有引力提供其向心力,根据万有引力等于向心力,可以知道速度与轨道半径的关系为v=
A、C、在较高轨道上或在空间站同一高度的轨道上,当飞船加速时,飞船做离心运动,轨道半径增大,飞到更高的轨道,将不能与空间站对接.故A、C错误
B、D、在较低轨道上,当飞船加速时,在原轨道运行所需要的向心力变大,但万有引力大小不变,故万有引力不足以提供向心力,飞船会做离心运动,可飞到较高的轨道与空间站对接;故B正确,D错误
故选:B.
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