- 万有引力与航天
- 共16469题
北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统(CNSS),建成后的北斗卫星导航系统包括5颗同步卫星和30颗一般轨道卫星.对于其中的5颗同步卫星,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、因为同步卫星要和地球自转同步,所以运行轨道就在赤道所在平面内,根据F==mω2r,因为ω一定,所以 r 必须固定,
所以一定位于空间同一轨道上,故A正确;
B、根据=ma,因高度相同,得它们运行的加速度大小相等,由于卫星的位置不同,所以方向不同,故B错误;
C、虽然高度相同,但由于不同的同步卫星质量可能不同,所以它们不一定具有相同引力势能,故C错误;
D、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,所以它们运行的线速度一定小于7.9km/s,故D错误;
故选:A.
地球表面的重力加速度为g,地球半径为R,自转周期为T,则地球的同步卫星绕地球运动的角速度为______,同步卫星离地面的高度为______.
正确答案
解析
解:(1)同步卫星和地球同步,其周期为地球自转的周期T,所以卫星的角速度:ω=.
(2)根据万有引力提供向心力得:
卫星在地球的表面受到的重力近似等于万有引力,即:=mg
又:r=R+h
联立以上公式,解得:h=
故答案为:,
关于地球同步卫星(它相对于地面静止不动),下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据同步卫星与地球自转同步,与地面相对静止,同时卫星受到地球的万有引力提供向心力,指向圆心,万有引力指向地心,故同步卫星只能在赤道上空,故A错误,B正确;
C、卫星的速度公式v= 可知同步卫星的速度小于近地卫星的环绕速度,即小于第一宇宙速度7.9km/s,故C正确,D错误.
故选:BC.
用m表示地球通讯卫星(同步卫星)的质量,h表示它离地面的高度,R0表示地球的半径,g0表示地球表面处的重力加速度,ω0表示自转的角速度,则通讯卫星所受的地球对它的万有引力的大小( )
正确答案
解析
解:在地球表面,由重力等于万有引力得----①
在卫星位置,由重力等于万有引力得----②
由①②得:
通讯卫星所受万有引力的大小.
同步卫星做圆周运动由万有引力提供向心力得:
解得
所以F==
故B正确,ACD错误.
故选:B.
下面关于同步通信卫星的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、同步通信卫星的周期等于地球自转的周期,根据万有引力充当向心力得同步通信卫星的轨道半径,则同步通信卫星的高度是确定的;同理可得同步通信卫星的速率
,则同步通信卫星的速率是确定的,故A项正确.
B、据A项的分析可知,同步通信卫星的高度和速率都是固定的,故B项错误.
C、根据万有引力充当向心力,可知卫星的轨道半径与运行周期之间的关系为,因为我国发射第一颗人造地球卫星的周期是114min,比同步通信卫星的周期短,所以第一颗人造卫星离地面的高度比同步卫星低,故C项正确.
D、因为第一颗人造卫星离地面的高度比同步卫星低,根据万有引力充当向心力,可知卫星的速率与轨道半径之间的关系为,则同步通信卫星的速率比我国发射的第一颗人造卫星的速率小,故D项正确.
故应选:ACD
(2015秋•广安月考)同步卫星的发射方法是变轨发射,即先把卫星发射到离地面高度为200km--300km的圆形轨道上,这条轨道叫停泊轨道;如图所示,当卫星穿过赤道平面上的P点时,末级火箭点火工作,使卫星进入一条大的椭圆轨道,其远地点恰好在地球赤道上空约36000km处,这条轨道叫转移轨道;当卫星到达远地点Q时,再开动卫星上的发动机,使之进入同步轨道,也叫静止轨道.关于同步卫星及发射过程,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、点火加速后,由于克服重力做功,速度减小,而由G=m
可知,在高轨道上的线速度小于停泊轨道的线速度,故A错误;
B、在P点火箭点火和Q点开动发动机的目的都是使卫星加速,则卫星在静止轨道上运行的机械能大于在停泊轨道运行的机械能,故B正确;
C、在转移轨道上的速度一定小于第一宇宙速度,故C错误;
D、所有的地球同步卫星的静止轨道都相同,并且都在赤道平面上,故D正确;
故选:BD
2000年1月26日我国发射了一颗地球同步卫星,其定点位置与东经98°的经线在同一平面内.如图所示,发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1;然后点火,使其沿椭圆轨道2运行;最后再次点火,将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点.轨道2、3相切于P点.当卫星分别在l、2、3轨道上正常运行时,
(1)若设卫星在轨道1上的速率、角速度分别为v1、ω1;卫星在轨道3上的速率、角速度分别为v3、ω3,则v1______v3,ω1______ω3(填“>”、“=”或“<”)
(2)若设卫星在轨道1上经过Q点的加速度为a1Q;卫星在轨道2上经过Q点时的加速度和经过P点的加速度分别为a2Q、a2p;卫星在轨道3上经过P点时的加速度为a3p,则以下选项中正确的是______
A.a1Q>a2Q B.a1Q=a2Q C.a2P<a3P D.a2P=a3P
(3)若把甘肃省嘉峪关处的经度与纬度,近似的取为东经98°和北纬α=40°,已知地球半径R,地球自转周期T,地球表面重力加速度g(视为常量)和光速c,试求该同步卫星发出的微波信号传到嘉峪关处的接收站所需的时间(要求用题给的已知量的符号表示).
正确答案
解:(1)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
=
=mω2r
解得:v=
轨道3半径比轨道1半径大,卫星在轨道1上线速度较大,
ω=
轨道3半径比轨道1半径大,卫星在轨道1上角速度较大,
即v1>v3,ω1>ω3.
(2)=ma
a=
所以卫星在轨道1上经过Q点的加速度等于卫星在轨道2上经过Q点时的加速度,卫星在轨道2上经过P点的加速度等于卫星在轨道3上经过P点时的加速度.
故选BD.
(3)设m为卫星质量,M为地球质量,r为卫星到地球中心的距离,ω为卫星绕地心转动的角速度,
由万有引力定律和牛顿定律有,=mω2r①
式中G为万有引力恒量,因同步卫星绕地心转动的角速度ω与地球自转的角速度相等,
有ω= ②
=mg
得GM=gR2③
设嘉峪关到同步卫星的距离为L,如图所示,由余弦定理得
L= ④
t= ⑤
由以上各式得
t=
故答案为:(1)>,>
(2)BD
(3)该同步卫星发出的微波信号传到嘉峪关处的接收站所需的时间是
解析
解:(1)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
=
=mω2r
解得:v=
轨道3半径比轨道1半径大,卫星在轨道1上线速度较大,
ω=
轨道3半径比轨道1半径大,卫星在轨道1上角速度较大,
即v1>v3,ω1>ω3.
(2)=ma
a=
所以卫星在轨道1上经过Q点的加速度等于卫星在轨道2上经过Q点时的加速度,卫星在轨道2上经过P点的加速度等于卫星在轨道3上经过P点时的加速度.
故选BD.
(3)设m为卫星质量,M为地球质量,r为卫星到地球中心的距离,ω为卫星绕地心转动的角速度,
由万有引力定律和牛顿定律有,=mω2r①
式中G为万有引力恒量,因同步卫星绕地心转动的角速度ω与地球自转的角速度相等,
有ω= ②
=mg
得GM=gR2③
设嘉峪关到同步卫星的距离为L,如图所示,由余弦定理得
L= ④
t= ⑤
由以上各式得
t=
故答案为:(1)>,>
(2)BD
(3)该同步卫星发出的微波信号传到嘉峪关处的接收站所需的时间是
甲、乙为两颗地球卫星,其中甲为地球同步卫星,乙的运行高度低于甲的运行高度,两卫星轨道均可视为圆轨道.以下判断正确的是( )
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;
A、由牛顿第二定律得:G=ma,解得:a=
,由于r甲>r乙,则甲的加速度小于乙的加速度,故A错误;
B、由牛顿第二定律得:G=m
,v=
,由于乙的轨道半径大于地球半径,则乙的速度小于第一宇宙速度,故B错误;
C、由牛顿第二定律得:G=m(
)2r,T=2π
,由于r甲>r乙,则甲的周期大于乙的周期,故C正确;
D、地球同步卫星只能位于赤道平面内,不可能经过北极正上方,故D错误;
故选:C.
关于地球同步通讯卫星,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、因为同步卫星要和地球自转同步,即ω相同,根据F==mω2r,因为ω一定,所以 r 必须固定,故A正确.
B、D、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= 可以发现,同步卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度.第二宇宙速度是脱离地球的束缚的速度,第二宇宙速度大于第一宇宙速度,故B正确,D错误.
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,故C正确.
故选:ABC.
同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星,下列说法错误的是( )
正确答案
解析
解: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.所以同步卫星只能在赤道的正上方.
因为同步卫星要和地球自转同步,即ω相同,根据F==mω2r,因为ω是一定值,所以 r也是一定值,所以同步卫星离地心的距离是一定的.
根据=man,可知,高度越高,向心加速度越小,故同步卫星的向心加速度比赤道上物体随地球自转的加速度小,故AC错误,BD正确;
本题选择错误的,故选AC.
甲行星的质量是乙行星质量的4倍,甲行星的自转周期也是乙行星的4倍,则甲行星的同步卫星离行星中心距离是乙行星的同步卫星离行星中心距离的( )
正确答案
解析
解:万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:
G=m(
)2r,
解得:r=,
则:=
=
=
;
故选:D.
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,将卫星送人同步圆轨道3,轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点.如图所示,则卫星分别在1、2、3轨道上运行时,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、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:G=ma=m
=m
解得:v= 轨道3半径比轨道1半径大,卫星在轨道1上线速度较大,故A错误;
B、ω==
轨道3半径比轨道1半径大,卫星在轨道3上角速度较小,故B正确;
C、卫星在轨道1上经过Q点时的速度,使其做匀速圆周运动,而它在轨道2上经过Q点时的速度,使其做离心运动,因此卫星在轨道1上经过Q点时的速度小于它在轨道2上经过Q点时的速度,故C错误;
D、根据牛顿第二定律和万有引力定律得:a=,所以卫星在轨道2上经过P点的加速度等于在轨道3上经过P点的加速度.故D正确.
故选BD
关于同步卫星,正确的说法是( )
正确答案
解析
解:A、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,因此同步卫星相对地面静止不动,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=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、根据万有引力提供向心力,列出等式:=m
(R+h),其中R为地球半径,h为同步卫星离地面的高度.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,则角速度也一定;根据上面等式得出:同步卫星离地面的高度h也为一定值.由于轨道半径一定,则线速度的大小也一定,故C正确,
D、由上分析可知,同步卫星的大于地球的半径,则发射同步卫星的速度必须大于第一宇宙速度,故D正确.
故选:BCD.
如图,地球赤道上的物体P随地球自转而做圆周运动,Q是地球同步卫星,设P与Q 的质量相等,则( )
正确答案
解析
解:A、物体P和卫星Q周期相等,则角速度相等,即ωP=ωQ,而加速度a=rω2,则aQ>aP,因质量相等,则向心力FP<FQ,故A正确,B错误;
C、物体与卫星的质量相等,根据F=,因此同步卫星的半径大,得:万有引力F引P>F引Q.故C正确;
D、物体P和卫星Q周期相等,则角速度相等,即ω1=ω2,根据v=rω,则vQ>vP,故D错误;
故选:AC.
下面关于物体做圆周运动的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、匀速圆周运动的合外力指向圆心,则加速度指向圆心,故A错误;
B、由a=R得,地球赤道上的物体的向心加速度与近地卫星的向心加速度的比值为各自周期平方的反比.故B错误;
C、做匀速圆周运动的物体,其加速度和向心加速度是一样的,而变速圆周运动的物体,其加速度和向心加速度是不一样的,故C错误;
D、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=可以发现,同步卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度,但发射速度一定大于第一宇宙速度.故D正确.
故选:D.
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