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题型:填空题
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填空题

如图所示a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星,则a、b、c三者的线速度大小关系为______;角速度大小关系为______

正确答案

va>vb=vc

ωa>ωbc

解析

解:卫星绕地球做圆周运动,由万有引力提供向心力,则有 G=m=mω2r

则得 v=,ω=

由题图知:ra<rb=rc,则由上式可得:va>vb=vc,ωa>ωbc

故答案为:va>vb=vc,ωa>ωbc

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题型:填空题
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填空题

如图所示,A、B是在地球大气层外圆形轨道上运动的两颗卫星,根据万有引力定律可以判定它们的线速度大小关系是vA______vB;周期大小关系是TA______TB.( 填“>”或“<”)

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

==m

v=

T=2

由于A的轨道半径小于B的轨道半径,所以线速度大小关系是vA>vB;周期大小关系是TA<TB. 

故答案为:>,<.

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题型: 多选题
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多选题

如图所示,飞行器P绕某星球做匀速圆周运动,星球相对飞行器的张角为θ,下列说法正确的是(  )

A轨道半径越大,周期越长

B轨道半径越大,速度越大

C若测得周期和张角,可得到星球的平均密度

D若测得周期和轨道半径,可得到星球的平均密度

正确答案

A,C

解析

解:A、根据开普勒第三定律=k,可知轨道半径越大,飞行器的周期越长.故A正确;

B、根据卫星的速度公式v=,可知轨道半径越大,速度越小,故B错误;

C、设星球的质量为M,半径为R,平均密度为,ρ.张角为θ,飞行器的质量为m,轨道半径为r,周期为T.

对于飞行器,根据万有引力提供向心力得:G=mr

由几何关系有:R=rsin

星球的平均密度 ρ=

联立以上三式得:ρ=,则测得周期和张角,可得到星球的平均密度.故C正确;

D、由G=mr可得:M=,可知若测得周期和轨道半径,可得到星球的质量,但星球的半径未知,不能求出星球的平均密度.故D错误.

故选:AC.

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题型: 单选题
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单选题

极地卫星的运行轨道平面通过地球的南北两极(轨道可视为圆轨道).如图所示,若某极地卫星从北纬30°的正上方按图示方向第一次运行至南纬60°正上方,所用时间为t,已知地球半径为R(地球可看做球体),地球表面的重力加速度为g,引力常量为G,由以上条件可知(  )

A地球的质量为

B卫星运行的角速度为

C卫星运行的线速度为

D卫星距地面的高度 (

正确答案

B

解析

解:

A、地球表面的重力和万有引力相等,故A错误;

B、从北纬30°的正上方按图示方向第一次运行至南纬60°正上方转过的圆心角为θ=,据ω=,故B正确;

C、据线速度v=rω,由于R是地球半径,故C错误;

D、代入A和B分析结果,万有引力提供圆周运动向心力有:而卫星距地面的高度h=r-R=(-R,故D错误.

故选B.

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题型: 多选题
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多选题

我国已于2011年9月29日发射“天官一号”目标飞行器,11月1日发射“神舟八号”飞船并在11月3日与“天宫一号”实现对接.某同学为此画出“天宫一号”和“神舟八号”绕地球做匀速圆周运动的假想如图所示,A代表“天宫一号”,B代表“神舟八号”,虚线为各自的轨道.由此假想图,可以判定(  )

A“天宫一号”的运行速率小于“神舟八号”的运行速率

B“天宫一号”的周期小于“神舟八号”的周期

C“天宫一号”的向心加速度小于“神舟八号”的向心加速度

D“神舟八号”适度减速有可能与“天宫一号”实现对接

正确答案

A,C

解析

解:A、天宫一号和神舟八号绕地球做匀速圆周运动,靠万有引力提供向心力得

==ma=

a=,v=,T=2π

天宫一号的半径大,向心加速度小,线速度小,周期大.故B错误,A、C正确.

D、神舟八号在轨道上减速,由于万有引力大于所需的向心力,神舟八号会做近心运动,离开原轨道,不会和天宫一号对接.故D错误.

故选AC.

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题型: 多选题
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多选题

如图,我国发射的“嫦娥二号”卫星运行在距月球表面100km的圆形轨道上,到A点时调整成沿椭圆轨道运行,至距月球表面15km的B点作近月拍摄,以下判断正确的是(  )

A卫星在圆轨道上运行时处于失重状态,不受重力作用

B在椭圆轨道上运动的周期小于在圆轨道上运动的周期

C卫星从圆轨道进入椭圆轨道须减速制动

D沿圆轨道运行时在A点的加速度和沿椭圆轨道运行时在A点的加速度大小不等

正确答案

B,C

解析

解:A、卫星在圆轨道上运行时处于失重状态,但仍受重力作用.故A错误.

B、根据开普勒第三定律 =k,由于椭圆轨道的半长轴小于圆轨道的半径,所以在椭圆轨道上运动的周期小于在圆轨道上运动的周期,故B正确.

C、卫星从圆轨道进入椭圆轨道,卫星要做近心运动,则必须减速制动.故C正确.

D、由G=ma得 a=,可知同一地点r相等,则加速度大小相等,故D错误.

故选:BC.

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题型:简答题
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简答题

伴随着天宫一号发射的成功,中国空间站正在加紧建设,其设计轨道半径为r,绕地球运转的周期为T1,通过查资料又知引力常量G、地球半径R、同步卫星距地面的高度h、地球的自转周期T2以及地球表面的重力加速度g.某同学根据以上条件,提出一种估算地球质量M的方法:设同步卫星绕地球做圆周运动,由G=mh(2得M=

(1)请判断上面的结果是否正确,如不正确,请修正解法和结果;

(2)请根据已知条件再提出两种估算地球质量的方法并解得结果.

正确答案

解:(1)上面结果是错误的,地球的半径R在计算过程中不能忽略.

正确的解法和结果是:

(2)方法一:国际空间站绕地球做圆周运动,由

. 

方法二:在地面,重力近似等于万有引力,由

答:(1)上述计算方法不正确,正确的结果是:

(2)可以用万有引力提供圆周运动向心力求得地球质量,也可利用地面重力与万有引力相等求得地球质量

解析

解:(1)上面结果是错误的,地球的半径R在计算过程中不能忽略.

正确的解法和结果是:

(2)方法一:国际空间站绕地球做圆周运动,由

. 

方法二:在地面,重力近似等于万有引力,由

答:(1)上述计算方法不正确,正确的结果是:

(2)可以用万有引力提供圆周运动向心力求得地球质量,也可利用地面重力与万有引力相等求得地球质量

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题型: 单选题
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单选题

两颗人造地球卫星,都绕地球作圆周运动,它们的质量之比m1:m2=2:1,轨道半径之比r1:r2=1:2,则它们的速度大小之比v1:v2等于(  )

A2

B

C

D4

正确答案

B

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

得v=

所以,故B正确、ACD错误.

故选:B.

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题型: 单选题
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单选题

在四川汶川的抗震救灾中,我国自主研制的“北斗一号”卫星导航系统,在抗震救灾中发挥了巨大作用.北斗导航系统又被称为“双星定位系统”,具有导航、定位等功能.“北斗”系统中两颗工作卫星均绕地心O在同一轨道上做匀速圆周运动,轨道半径为r,某时刻两颗工作卫星分别位于轨道上的A、B两位置(如图所示).若卫星均顺时针运行,地球表面处的重力加速度为g,地球半径为R,不计卫星间的相互作用力.则以下判断中错误的是(  )

A这两颗卫星的加速度大小相等,均为

B卫星1向后喷气就一定能追上卫星2

C卫星1由位置A运动到位置B所需的时间为

D卫星1由位置A运动到位置B的过程中万有引力做功为零

正确答案

B

解析

解:A、根据万有引力提供向心力,a=.而GM=gR2.所以卫星的加速度.故A错误.

    B、卫星向后喷气,速度增大,万有引力不够提供向心力,做离心运动,会离开原来的圆轨道.所以在原轨道加速不会追上卫星2.故B错误.

    C、根据万有引力提供向心力.所以卫星1由位置A运动到位置B所需的时间t==.故C正确.

    D、卫星在运动的过程中万有引力与速度方向垂直,不做功.故D正确.

本题选错误的,故选AB.

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题型:简答题
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简答题

近年来,随着对火星的了解越来越多,人类已经开始进行移民火星的科学探索.2013年2月,荷兰一家名为“火星一号”的公司宣布计划在2023年把四名宇航员送上火星,在目前收到的37000多个报名意向中,中国人达到了45个.回答下列问题:

(1)设航天器从地球表面起飞后做加速度为g、竖直向上的匀加速直线运动,上升到某一高度时,仪器显示人对水平座椅的压力为起飞前的,求此时飞船离地球表面的高度h(不考虑地球的自转,地球的半径为R,表面的重力加速度为g);

(2)若登陆火星后,测得火星半径是地球半径的,火星质量是地球质量的,求火星的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度的比值.

正确答案

解:(1)飞船起飞前,人对水平座椅的压力

在距离地面高度为h时,地球对人的万有引力

设此时水平座椅对人的支持力为F1,则

又根据

可得:h=

(2)根据万有引力提供向心力,有:

则有:

答:(1)此时飞船离地球表面的高度h为

(2)火星的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度的比值为

解析

解:(1)飞船起飞前,人对水平座椅的压力

在距离地面高度为h时,地球对人的万有引力

设此时水平座椅对人的支持力为F1,则

又根据

可得:h=

(2)根据万有引力提供向心力,有:

则有:

答:(1)此时飞船离地球表面的高度h为

(2)火星的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度的比值为

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题型: 单选题
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单选题

“发现”号宇宙飞船曾成功地与环绕地球的国际空间站对接,那么在对接前,飞船为了追上轨道空间站,可以采取的措施是(  )

A只能在低轨道上加速

B只能在高轨道上加速

C只能在空间站运行轨道上加速

D不论什么轨道,只要加速就行

正确答案

A

解析

解:飞船做匀速圆周运动时,引力提供向心力,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、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A正确.

BD、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B、D错误

C、由以上分析可知C错误.

故选:A.

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题型:简答题
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简答题

如图所示,是飞船控制中心的大屏幕上出现的一幅卫星运行轨迹图,它记录了“神舟”七号飞船在地球表面垂直投影的位置变化;图中表示在一段时间内飞船绕地球圆周飞行四圈,依次飞经中国和太平洋地区的四次轨迹①、②、③、④,图中分别标出了各地点的经纬度(如:在轨迹①通过赤道时的经度为西经157.5°,绕行一圈后轨迹②再次经过赤道时经度为180°…),若地球半径为R=6400km,地球表面处的重力加速度为g=10m/s2

根据以上信息,试求“神舟”七号飞船运行的周期T、圆轨道的高度H以及运行速度v;“神舟”七号搭载的三名宇航员在24h内可以见到日落日出的次数应为多少?

正确答案

解:由题意可知飞船绕行地球一周的时间和地球自传180°-157.5°=22.5°的时间相同,所以“神舟”七号飞船运行的周期:

飞船做圆周运动,万有引力提供向心力,设地球的质量为M,半径为R,飞船的质量为m,圆轨道的高度为H,则:

   (1)

      (2)

由(1)得GM=gR2,带入(2)得

m-6.4×106m=3.15×105m.

运行速度为

m/s=7.8×102m/s.

三名宇航员在24h内可以见到日落日出的次数为

答:飞船运行的周期T为1.5h,运行的速度为7.8×102m/s,“神舟”七号搭载的三名宇航员在24h内可以见到日落日出的次数应为16次.

解析

解:由题意可知飞船绕行地球一周的时间和地球自传180°-157.5°=22.5°的时间相同,所以“神舟”七号飞船运行的周期:

飞船做圆周运动,万有引力提供向心力,设地球的质量为M,半径为R,飞船的质量为m,圆轨道的高度为H,则:

   (1)

      (2)

由(1)得GM=gR2,带入(2)得

m-6.4×106m=3.15×105m.

运行速度为

m/s=7.8×102m/s.

三名宇航员在24h内可以见到日落日出的次数为

答:飞船运行的周期T为1.5h,运行的速度为7.8×102m/s,“神舟”七号搭载的三名宇航员在24h内可以见到日落日出的次数应为16次.

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题型: 多选题
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多选题

如图所示,a、b两颗人造地球卫星分别在半径不同的轨道上绕地球作匀速圆周运动,则下列说法正确的是(  )

Aa的周期小于b的周期

Ba的动能大于b的动能

Ca的势能小于b的势能

Da的加速度大于b的加速度

正确答案

A,D

解析

解:万有引力提供卫星圆周运动的向心力即:

=mω2r=m=ma=mr

A、T=2π,知半径大的卫星周期大,所以a的周期小于b的周期,故A正确;

B、a、b两颗质量关系不知道,动能关系无法确定,故B错误;

C、a、b两颗质量关系不知道,势能关系无法确定,故C错误;

D、a=,知轨道半径小的卫星向心加速度大,所以a的加速度大于b的加速度,故D正确.

故选:AD.

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题型:填空题
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填空题

两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动的周期之比为1:8,则它们的轨道半径之比为______,速度之比为______

正确答案

1:4

2:1

解析

解:根据万有引力提供向心力,得

   G=mr=m

可得 T=2,v=,式中M是地球的质量,r是卫星的轨道半径.

由题意,卫星A、B绕地球做圆周运动的周期之比为1:8,由 T=2,得轨道半径之比为1:4,由v=,得速度之比为2:1.

故答案为:1:4,2:1.

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题型:简答题
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简答题

我国在酒泉卫星发射中心成功发射“神舟”五号载入试验飞船,飞船绕地球14圈后,地面控制中心发出返回指令,飞船启动制动发动机、调整姿态后,在内蒙古中部地区平安降落.假定飞船沿离地面高度为300km的圆轨道运行,(已知地球半径为6.4×103km,地球质量为6.0×1024kg,万有引力常量G=6.67×10-11N•m2/kg2);则:

(1)轨道半径为多大?

(2)运行周期为多少分钟?

(3)在该高度处的重力加速度为多大?

正确答案

解:(1)轨道半径为r=R+h=6.4×103km+300km=6.7×103km.

(2)根据万有引力提供向心力

=≈91min

(3)根据万有引力提供向心力,得==8.92m/s2

答:(1)轨道半径为6.7×103km.

(2)运行周期为91min.

(3)在该高度处的重力加速度为8.92m/s2

解析

解:(1)轨道半径为r=R+h=6.4×103km+300km=6.7×103km.

(2)根据万有引力提供向心力

=≈91min

(3)根据万有引力提供向心力,得==8.92m/s2

答:(1)轨道半径为6.7×103km.

(2)运行周期为91min.

(3)在该高度处的重力加速度为8.92m/s2

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