- 万有引力与航天
- 共16469题
“神舟”六号航天飞机的飞行轨道是近地轨道,一般在地球上空300~700km飞行,绕地球飞行一周的时间为90min左右.这样,航天飞机里的宇航员在24h内可以见到日落日出的次数应为_________.
正确答案
16
因航天飞机绕地球一周所需时间为90min,在24h内航天飞机绕地球运行的周数为n=24×60/90=16故宇航员在24h内能看到日落日出的次数为16次.
附加题(20分)
在日落很久以后,我们常常能看到高空中明亮的人造地球卫星.现有一个在地球赤道上方飞行的人造地球卫星,日落后二小时内在赤道某处的一个人都能看到它,并且在二小时末卫星刚好在这个人的正上方,则该人造地球卫星距离地球的高度至少有多高?(已知地球的半径为R=6.38×)
正确答案
9.87×102km
如图所示,设卫星所在处为P,作出A处的人能看到卫星的光路图,图中θ表示二小时内地球自转的角度.由图中所示可知:
为卫星离地面的最小距离.
由三角形关系可得:
由圆周运动知识可知:
θ=
PO=
R=6.38×
解以上关系式可得:=9.87×102km
“神州六号”飞船的成功飞行为我国在2010年实现探月计划——“嫦娥工程”获得了宝贵的经验。如图所示,假设月球半径为R,月球表面的重力加速度为,飞船在距月球表面高度为3R的圆形轨道Ⅰ运动,到达轨道的A点点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ,到达轨道的近月点B再次点火进入月球近月轨道Ⅲ绕月球作圆周运动。求:
⑴飞船在轨道Ⅰ上的运行速率;
⑵飞船在轨道Ⅲ绕月球运行一周所需的时间。
正确答案
(1)(2)
⑴设月球的质量为M,飞船的质量为m,则
(2分)
(2分)
解得 (1分)
(2)设飞船在轨道Ⅲ绕月球运行一周所需的时间为T,则
(2分)
∴ (1分)
1975年11月26日,我国首次发射成功返回式遥感卫星,在太空正常运行3天,取得了珍贵的对地遥感资料后,按预定计划返回地面,成为世界上继美国、前苏联之后第三个掌握卫星返回技术和空间遥感技术的国家.若此遥感探测卫星在距地球表面高度为h处绕地球转动,地球质量为M,地球半径为R,探测卫星质量为m,万有引力常量为G,试求:
(1)遥感卫星的线速度;
(2)遥感卫星的运转周期.
正确答案
(1) (2)2π(R+h)
(1)根据G得:v=
.
(2)根据G=m(R+h)
得:T=2π(R+h)
.
打开地球卫星上的发动机使其速率增大,待它运动到距离地面的高度比原来大的位置,再定位使它绕地球做匀速圆周运动,成为另一个轨道的卫星.则此时的卫星与原来相比,周期________,速率________,机械能________.
正确答案
变大 变小 变大
根据G=mr
得:v=
,T=2π
卫星加速后的轨道半径比原来的大,所以速率v变小,周期T变大.
卫星要实现由较低轨道到较高轨道上运转,需打开发动机加速,因此推力对卫星做正功,卫星的机械能增加.
2008年9月25日,我国利用“神舟七号”飞船将航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏成功送入太空。9月26日北京时间4时04分,“神舟七号”飞船成功变轨,由原来的椭圆轨道变为距地面高度为h的圆形轨道。已知飞船的质量为m,地球半径为R,地面处的重力加速度为g,则飞船在上述圆轨道上运行时的动能为 。
正确答案
万有引力提供向心力,,
所以可得飞船在上述圆轨道上运行时的动能为
故答案为:
(10分)有一质量为m的航天器靠近地球表面绕地球作圆周运动(轨道半径等于地球半径),某时刻航天器启动发动机,在很短的时间内动能变为原来的,此后轨道为椭圆,远地点与近地点距地心的距离之比是2:1,经过远地点和经过近地点的速度之比为1:2.己知地球半径为R,地球质量为M,万有引力恒量为G.
(1)求航天器靠近地球表面绕地球作圆周运动时的动能;
(2)在从近地点运动到远地点的过程中克服地球引力所做的功为多少?
正确答案
(1)
(2)
(1)(2分)
(1分)
(1分)
(2))(2分)
(1分)
(1分)
(2分)
(1)这个发射中心应建在何处(供选地点:两极、赤道、纬度45°处)?
(2)运载火箭应最终朝什么方向发送(供选方向:东、西、南、北)?简述选择理由.
(3)今要在该中心发射一颗质量为m的同步卫星,已知万有引力常量为G、地球的半径为R、地球的质量为M.若要求出同步卫星离地面的高度,除了以上已知量外还要根据常识知道地球的什么物理量,并用这些量求出该高度.
正确答案
(1)靠近赤道处(2)向东发射(3)地球自转的周期
①应建在靠近赤道处,因为越靠近赤道,地球自转的速度越大.则发射时所需要燃烧的燃料越少.......2
②向东发射与地球自转方向相同.......3
③
.......6
即还应该知道地球自转的周期.......2
如图,卫星在A轨道绕地球做匀速圆周运动,运行速度为 ;要使卫星到B轨道运动,则此时应__________(填“加速”或“减速”)。若卫星在B轨道做匀速圆周运动时的速度为
,则
______
(填“>”,“<”或“=”)
正确答案
加速 >
略
(1)求人造卫星绕地球转动的角速度。
(2)若某时刻卫星通过赤道上某建筑物的正上方,求它下次通过该建筑物上方需要的时间。
正确答案
(1) (2)
地球对卫星的万有引力提供作圆周运动的向心力
(2分)
地面表面附近的重力加速度
g = (2分)
把r=2R代入,解方程可得
(2分)
(2)卫星下次通过该建筑物上方时,卫星比地球多转2p弧度,所需时间
(2分)
中国月球探测工程的形象标志,它以中国书法的笔触,勾勒出一轮明月和一双踏在其上的脚印,象征着月球探测工程的终极梦想。一位勤于思考的同学,为探月宇航员设计了如下的实验:在距月球表面高h处以初速度v0水平抛出一个物体,然后测量该平抛物体的水平位移为x。通过查阅资料知道月球的半径为R,引力常量为G,若物体只受月球引力的作用,请你求出:
(1)月球表面的重力加速度;
(2)月球的质量;
(3)环绕月球表面的宇宙飞船的速率是多少?
正确答案
解:(1)物体在月球表面做平抛运动,有
水平方向上:x=v0t
竖直方向上:
解得月球表面的重力加速度:
(2)设月球的质量为M,对月球表面质量为m的物体,有
解得:
(3)设环绕月球表面飞行的宇宙飞船的速率为v,则有
解得:
随着航天技术的不断发展,人类宇航员可以乘航天器登陆一些未知星球。一名宇航员在登陆某星球后为了测量此星球的质量进行了如下实验:他把一小钢球托举到距星球表面高度为h处由静止释放,计时仪器测得小钢球从释放到落回星球表面的时间为t。此前通过天文观测测得此星球的半径为R,已知万有引力常量为G,不计小钢球下落过程中的气体阻力,可认为此星球表面的物体受到的重力等于物体与星球之间的万有引力。求:
(1)此星球表面的重力加速度g;
(2)此星球的质量M;
(3)若距此星球表面高H的圆形轨道有一颗卫星绕它做匀速圆周运动,求卫星的运行周期T。
正确答案
解:(1)小钢球从释放到落回星球表面做自由落体运动
,得
(2)钢球的重力等于万有引力
得此星球的质量为
(3)距此星球表面高的圆形轨道有一颗卫星绕它做匀速圆周运动,万有引力提供向心力
,得
无人飞船“神州二号”曾在离地面高度为H=3.4×105m的圆轨道上运行了47 小时。求在这段时间内它绕行地球多少圈?(地球半径R=6.37×106m,重力加速g=9.8m/s2)
正确答案
解:用r表示飞船圆轨道半径,r=R+H=6.71×106m
由万有引力定律和牛顿定律得,式中M表示地球质量,m表示飞船质量,ω表示飞船绕地球运行的角速度,G表示万有引力常数
利用及①式得
②
由于,T表示周期
解得 ③
代入数值数解得绕行圈数为n=31
已知一颗人造卫星在某行星表面上空绕行星做匀速圆周运动,经过时间t,卫星运动的弧长为s,卫星与行星的中心连线扫过的角度是1rad,则卫星的环绕周期T为多少?该行星的质量是多少?(引力常量为G)
正确答案
解:由T=2π/ω,ω=1/t得T=2πt
卫星在行星表面上做圆周运动,有GMm/R2=mω2R
而R=s/θ=s
解得M=s3/Gt2
科学家为了探测某行星,向该行星发射一颗探测卫星.卫星绕行星做匀速圆周运动,轨道半径为r,卫星的质量为m,该行星的质量为M,引力常量为G.求:
(1)该卫星受到行星对它的万有引力;
(2)卫星的线速度大小;
(3)卫星的周期.
正确答案
(1)卫星绕行星做匀速圆周运动,轨道半径为r,卫星的质量为m,该行星的质量为M,引力常量为G.
由万有引力定律得该卫星受到行星对它的万有引力:F=G.
(2)卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供,列出等式
G═m
,
得:v=
(3)卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供,列出等式
=m
r
得:T=2π
答:(1)该卫星受到行星对它的万有引力是;
(2)卫星的线速度大小是;
(3)卫星的周期是2π.
扫码查看完整答案与解析