- 万有引力与航天
- 共16469题
两颗人造地球卫星,都在圆形轨道上运行,它们的质量相等,轨道半径之比=2,则它们的动能之比等于( )
正确答案
解析
解:卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力,
由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,
卫星动能:EK=mv2=
,
动能之比:=
=
=
;
故选:C.
如图所示的“轨道康复者”航天器可在太空中给卫星补充能源,延长卫星的使用寿命.“轨道康复者”在某次拯救一颗地球同步卫星前的运动轨迹如图所示,二者在同一平面内沿相同绕行方向绕地球做匀速圆周运动,轨道半径之比为1:4.若不考虑同步卫星与“轨道康复者”之间的引力,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,图示轨道上,“轨道康复者”的轨道半径大于地球半径,它的线速度小于第一宇宙速度7.9km/s,故A错误;
B、由牛顿第二定律得:G=ma,解得:a=
,则:
=
=
,故B正确;
C、由牛顿第二定律得:G=m
r,解得:T=2π
,由于同步卫星的轨道半径大于轨道康复者的轨道半径,则同步卫星的周期大,故C错误;
D、“轨道康复者”应从图示轨道上加速后,轨道半径增大,与同步卫星轨道相交,则可进行对接,故D正确;
故选:BD.
一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动,其线速度大小为v.假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m的物体重力,物体静止时,弹簧测力计的示数为N.已知引力常量为G,则这颗行星的质量为( )
正确答案
解析
解:G=mg
所以g=
根据万有引力提供向心力得:
解得:M=
故选B
如图所示,a是地球的同步卫星,b是位于赤道平面内的近地卫星,c为地面赤道上的物体,已知地球半径为R,同步卫星离地面的高度为h,则( )
正确答案
解析
解:A、a、b两卫星绕地球做圆周运动,根据万有引力提供向心力,则 G=ma得 a=
=
,则得a、b加速度的大小之比为
=
,故A错误.
B、a、c的角速度都与地球自转的角速度相等,由a=rω2,得:a、c加速度的大小之比 =
,故B正确.
C、对于a、b,G=m
,得v=
,可知a、b速度大小关系为va<vb.
对于a、c,由v=rω,ω相等,可知vb>vc.故C错误.
D、要将b卫星转移到a卫星的轨道上,先在近地轨道加速做离心运动,进入椭圆轨道,使椭圆轨道的远地点在同步轨道上,当卫星运动到远地点时,再加速做离心运动进入同步轨道,故将b卫星转移到a卫星的轨道上运行至少需要对b卫星至少需要对b卫星进行两次加速,故D正确.
故选:D.
某人造地球卫星在近似圆轨道上运行的过程中,由于轨道所在处的空间存在极其稀薄的空气,则( )
正确答案
解析
解:A、卫星本来满足万有引力提供向心力,即=
,由于摩擦阻力作用卫星的线速度减小,提供的引力大于卫星所需要的向心力,故卫星将做近心运动,即轨道半径将减小,则万有引力
会增大.故A错误;
B、根据万有引力提供向心力有:解得:
,轨道高度降低,卫星的线速度增大,故动能将增大.故B正确;
C、失重现象卫星内的物体受地球的万有引力提供其做匀速圆周运动的向心力,故C错误;
D、第一宇宙速度为最大环绕速度,卫星的线速度一定小于第一宇宙速度,故以D错误.
故选:B
(2015秋•青州市期中)嫦娥工程分为“无人月球探测”、“载人登月”和“建立月球基地”三个阶段.如图所示,关闭发动机的航天飞机,在月球引力作用下,沿椭圆轨道由A点向月球靠近,并将在椭圆轨道的近月点B与空间站对接.已知空间站绕月圆轨道的半径为r,周期为T,引力常量为G,月球半径为R.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、要使航天飞机在椭圆轨道的近月点B处与空间站C对接,航天飞机必须做近心运动,则航天飞机在接近B点时必须点火减速.故A正确;
B、设空间站的质量为m,由G=m
r,得月球的质量为M=
.故B正确;
CD、空间站绕月圆轨道的半径为r,周期为T,其轨道处的重力加速度为 g=a=,可知,r越小,g越大,月球表面的重力加速度g′>
,故C错误,D正确.
故选:ABD
要使人造卫星绕地球运行,它进人地面附近的轨道(轨道半径等于地球半径)速度必须等于或大于______km/s,并且小于______km/s,如果卫星进入天上轨道绕地球做圆周运动(轨道半径大于地球半径)其速度的范围______.
正确答案
7.9
11.2
小于7.9km/s
解析
解:第一宇宙速度:v=7.9km/s;它是卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度.
第二宇宙速度:v=11.2km/s.它是卫星离开地球的最小发射速度.
因此,卫星绕地球运行,它发射的时候的速度必须等于或大于7.9km/s,小于11.2km/s;
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v=,可以得出同步卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度7.9km/s.
故答案为:7.,11.2,小于7.9km/s.
两颗人造地球卫星,质量之比m1:m2=1:2,轨道半径之比R1:R2=2:1,下面数据之比正确的是( )
正确答案
解析
解:人造卫星的向心力由万有引力提供,即
A、周期T=,可得
=
,故A错误;
B、线速度,可得
,故B错误;
C、角速度,可得
,故C错误;
D、向心加速度,可得
,故D正确.
故选:D.
某人造地球卫星因受高空稀薄空气的阻力作用,绕地球运转的轨道会慢慢改变,每次测量中卫星的运动可近似看作圆周运动.某次测量卫星的轨道半径为r1,后来变为r2(r2<r1).以Ek1、Ek2表示卫星在这两个轨道上的动能,T1、T2表示卫星在这两个轨道上绕地球运动的周期,则( )
正确答案
解析
解:由万有引力提供向心力,得:得:
v=,T=2π
,
卫星的动能为:Ek=m
据题分析可知:r2<r1,
则由上式得:Ek2>Ek1、T2<T1.
故选:D.
宇航员在某星球上从离星球表面高h处,以速度v0沿水平方向抛出一个小球,经过一段时间小球落到星球表面,测得抛出点与落地点之间的水平距离为L.已知该星球的半径为R,万有引力常数为G.
求:(1)该星球表面的重力加速度.
(2)该星球的质量.
正确答案
解:(1)设星球表面的重力加速度为g.
水平位移L=v0t
所以
竖直位移
(2)根据万有引力等于重力得
=mg
M==
,
答:(1)该星球表面的重力加速度是.
(2)该星球的质量是.
解析
解:(1)设星球表面的重力加速度为g.
水平位移L=v0t
所以
竖直位移
(2)根据万有引力等于重力得
=mg
M==
,
答:(1)该星球表面的重力加速度是.
(2)该星球的质量是.
已知地球自转周期T,地球半径为R,地球表面重力加速度为g,请使用上述已知量导出地球同步卫星距离地面的高度h的表达式,并说明同步卫星的轨道特点,运转方向.
正确答案
解:根据题意有:
(1)在地球表面重力和万有引力相等,即
由此可得GM=gR2
(2)令同步卫星的距地面的高度为h,则由万有引力提供同步卫星的向心力有:
代入GM得:
整理得:h=
答:同步卫星距地面的高度h=.
同步卫星的轨道在赤道面上;同步卫星的运转方向和地球自转方向相同.
解析
解:根据题意有:
(1)在地球表面重力和万有引力相等,即
由此可得GM=gR2
(2)令同步卫星的距地面的高度为h,则由万有引力提供同步卫星的向心力有:
代入GM得:
整理得:h=
答:同步卫星距地面的高度h=.
同步卫星的轨道在赤道面上;同步卫星的运转方向和地球自转方向相同.
登上火星是人类的梦想,“嫦娥之父”欧阳自远透露:中国计划于2020年登陆火星.地球和火星是公转视为匀速圆周运动.忽略行星自转影响:根据下表,火星和地球相比( )
正确答案
解析
解:A、对于任一行星,设太阳的质量为M,行星的轨道半径为r.
根据G=ma,得加速度 a=
,则知火星做圆周运动的加速度较小,故A错误.
B、由表格数据知,火星的轨道半径比地球的大,根据开普勒第三定律知,火星的公转周期较大,故B正确.
C、设行星的第一宇宙速度为v.则 G=m
,得 v=
.代入可得火星的第一宇宙速度较小.故C正确.
D、在行星表面,由g=故火星表面的重力加速度较小,故D正确.
故选:BCD.
(1)卢瑟福通过______实验,发现了原子中间有一个很小的核,并由此提出了原子的核式结构模型.如果用带箭头的四条线a、b、c、d来表示α粒子在图所示的平面示意图中运动的可能轨迹.请在图中补充完成b和c两条α粒子运动的大致轨迹.
(2)2007年10月24日我国探月了星“嫦娥1号”成功发射,当“嫦娥1号”进入距月球表面高为、周期为T的圆形工作轨道时,卫星绕月飞行速度降为v.已知万有引力常数为G.求:月球的半径和质量.
正确答案
解:(1)卢瑟福通过α粒子散射并由此提出了原子的核式结构模型,该实验的现象为:绝大多数α粒子几乎不发生偏转,少数α粒子发生了较大的角度偏转,极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°,有的甚至几乎达到180°,被反弹回来),据此可画出α粒子的运动轨迹.
故答案为:α粒子散射,α粒子的运动轨迹如图所示.
(2)设月球的半径为R,“嫦娥1号”进入圆形工作轨道绕月旋转的轨道半径为r,
则由
可得:r=
所以月球的半径R=r-h=
设月球质量为M,“嫦娥1号”质量为m,进入圆形工作轨道绕月旋转时,由牛顿第二定律
得M==
答:月球的半径R=,月球的质量M=
解析
解:(1)卢瑟福通过α粒子散射并由此提出了原子的核式结构模型,该实验的现象为:绝大多数α粒子几乎不发生偏转,少数α粒子发生了较大的角度偏转,极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°,有的甚至几乎达到180°,被反弹回来),据此可画出α粒子的运动轨迹.
故答案为:α粒子散射,α粒子的运动轨迹如图所示.
(2)设月球的半径为R,“嫦娥1号”进入圆形工作轨道绕月旋转的轨道半径为r,
则由
可得:r=
所以月球的半径R=r-h=
设月球质量为M,“嫦娥1号”质量为m,进入圆形工作轨道绕月旋转时,由牛顿第二定律
得M==
答:月球的半径R=,月球的质量M=
如图所示,在同一轨道平面上的几个人造地球卫星A、B、C,在某一时刻恰好在同一直线上,设它们的运行轨道均为圆,下列说法中正确的有( )
正确答案
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重力加速度g=,r越小,a越大,则有aA>aB>aC.故C正确.
D、卫星的周期T=2π,r越大,T越大,所以TA<TB<TC,所以运动一周后,A先回到原地点.故D正确.
故选:CD.
我国预计在今年建成由30多颗卫星组成的“北斗二号”卫星导航定位系统.现在正在服役的“北斗一号”卫星定位系统的三颗卫星都定位在距地面36000km的地球同步轨道上.而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为20000km.则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力得
=m
r=m
,
T=2π,
GPS的卫星比“北斗一号”系统中的卫星轨道半径小,所以GPS的卫星比“北斗一号”系统中的卫星周期短,故A错误;
B、v=,GPS的卫星比“北斗一号”系统中的卫星轨道半径小,所以GPS的卫星比“北斗一号”系统中的卫星线速度大,故B错误;
C、“北斗一号”系统中的三颗卫星的周期相等,都等于地球自转周期,故C正确;
D、“北斗一号”系统中的卫星相对地面静止,故D错误;
故选:C.
扫码查看完整答案与解析