- 万有引力与航天
- 共16469题
均匀分布在地球赤道平面上空的三颗同步通信卫星能够实现除地球南北极等少数地区外的“全球通信”,已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,同步卫星所在轨道处的重力加速度为g′,地球自转周期为T,下面列出的是关于三颗卫星中任意两颗卫星间距离S的表达式,其中正确的是( )
① ②
③
R
④2
R.
正确答案
解析
解:根据根据万有引力提供向心力有:
=
r
的:r=…①
三颗同步卫星,每两颗之间的夹角为120°,由几何知识有:
S=2Rsin60°…②
在地球表面上引力等于重力,由牛顿第二定律有:
…③
①②③式联立可以解得:S=…④
又因:
得:S=R
故选:D.
要使一颗人造地球通讯卫星(同步卫星)能覆盖赤道上东经β1=75.0°,到东经β2=135.0°之间的区域,则卫星应定位在哪个经度范围内的上空?(结果用字母表示,地球半径为R0,地球表面处的重力加速度为g)
正确答案
解:如图所示,圆为地球赤道,S为卫星所在处,用R表示卫星运动轨道的半径.由万有引力定律、牛顿运动定律和卫星周期T(亦即地球自转周期)可得:G
=m
…①式中M为地球质量,G为引力常量,m为卫星质量.
另有:GM=gR2…②
由图可知Rcosθ=R0…③
由以上各式,可解得:θ=arccos()
…④
取T=23小时56分4秒(或近似取T=24小时),代入数值,可得θ=81.3°…⑤
由此可知,卫星的定位范围在东经135.0°-81.3°=53.7°到75.0°+81.3°=156.3°之间的上空.
答:卫星的定位范围在东经53.7°到156.3°之间的上空
解析
解:如图所示,圆为地球赤道,S为卫星所在处,用R表示卫星运动轨道的半径.由万有引力定律、牛顿运动定律和卫星周期T(亦即地球自转周期)可得:G
=m
…①式中M为地球质量,G为引力常量,m为卫星质量.
另有:GM=gR2…②
由图可知Rcosθ=R0…③
由以上各式,可解得:θ=arccos()
…④
取T=23小时56分4秒(或近似取T=24小时),代入数值,可得θ=81.3°…⑤
由此可知,卫星的定位范围在东经135.0°-81.3°=53.7°到75.0°+81.3°=156.3°之间的上空.
答:卫星的定位范围在东经53.7°到156.3°之间的上空
下列关于同步卫星的说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、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,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A错误.
B、同步卫星的周期必须与地球自转周期相同,由A选项可知,高度与速度大小均是定值.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,因此同步卫星相对地面静止不动,不能定点在北京上空,故C正确;
D、不同的同步卫星所受的向心力加速度大小相同,因质量的不确定,则向心力的大小可以不同,故D错误.
故选:BC.
地球同步卫星位于赤道上空,和地球有相同的角速度才能和地球保持相对静止.关于各国发射的地球同步卫星,下列表述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、所受的万有引力大小,由于不同卫星质量不等,故A错误;
B、地球同步卫星位于赤道上空,和地球有相同的角速度才能和地球保持相对静止,都位于赤道上空的同一个轨道,不能在同一个点上.故B错误;
C、由得同步卫星的周期相等,所以轨道半径相等,高度相等,故C正确
D、由得,
知,轨道半径越大,运行的速度都小,且小于7.9km/s,故D错误
故选:C
设同步卫星离地心的距离为r,运行速率为v1,加速度为a1;地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2,第一宇宙速度为v2,地球的半径为R,则下列比值正确的是( )
正确答案
解析
解:对于地球同步卫星和以第一宇宙速度运动的近地卫星,由万有引力提供做匀速圆周运动所需向心力得到:
,
得:
,故A错误,D正确.
因为地球同步卫星的角速度和地球赤道上的物体随地球自转的角速度相同,
由a1=ω2r,a2=ω2R可得,,故BC错误;
故选:D.
地球同步卫星轨道必须在赤道平面上空,和地球有相同的角速度,才能和地球保持相对静止,关于各国发射的地球同步卫星,下列表述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、所受的万有引力大小,由于不同卫星质量不等,故A错误
B、由得,轨道半径相等,高度相等,故B正确
C、由得,
知,轨道半径越大,运行的速度都小,且小于7.9km/s,故C正确
D、都位于赤道上空的同一个轨道,故D错误
故选BC
关于地球同步卫星,下列说法正确的是( )
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正确
B、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,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B正确.
C、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C正确,D错误.
故选ABC.
关于成功定点后的地球同步卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A:同步卫星是由万有引力充当向心力,即G=m
,可以,同步卫星的轨道半径大于地球半径,知道卫星运动速度小于第一宇宙速度,故A错误.
B:所有同步卫星都在赤道的正上方,且高度一定的,相对地面静止,故B正确.
C:根据G=mω2r,可知,绕地球运行的角速度与地球自转的角速度相同,比月球绕地球运行的角速度大,故C项正确.
D:根据a=rω2,知同步卫星的向心加速度大于赤道上物体的向心加速度,故D项错误.
故选:BC.
关于地球同步卫星,它们一定具有相同的( )
正确答案
解析
解:A、不同的同步卫星质量可能相等,也可能不相等,故A错误;
B、设地球质量是M,同步卫星质量是m,卫星轨道半径是r,卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供,
由牛顿第二定律可得:G=m
r,轨道半径r=
,G、M、T是定值,则同步卫星的轨道半径是定值,卫星到地面的高度是定值,所有同步卫星到地面的高度相等,故B正确;
C、卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供,F向=F万=G,不同的同步卫星G、M、r相同,m不一定相同,则向心力不一定相同,故C错误;
D、所有的地球同步卫星周期都与地球自转周期相等,都相同,故D正确;
故选BD.
我国发射的“神州”五号载人宇宙飞船的周期约为90min,如果把它绕地球的运动看作是匀速圆周运动,则飞船的运动和人造地球同步卫星(轨道平面与地球赤道平面共面,运行周期与地球自转周期相同)的运动相比,下列判断中正确的是( )
正确答案
解析
解:同步卫星的周期为24h>90min.
A:由:可得:
,即:谁的周期长,谁的半径大,故A错误.
B:由:得:谁的半径大,谁的半加速度小,由A选项知:同步卫星的半径大,故其向心加速度小,故B正确.
C:由:得:谁的半径大,谁的速度度小,由A选项知:同步卫星的半径大,故其速度小,故C错误.
D:由:得:谁的半径大,谁的角速度度小,由A选项知:同步卫星的半径大,故其角速速度小,故D错误.
故选:B
地球半径为R,距地面高为h处有一颗同步卫星,今赤道上一物体和同步卫星一起随地球自转,则它们转动的线速度之比为( )
正确答案
解析
解:地球赤道上的物体和同步卫星具有相同的周期和角速度,根据v=ωr,
地球的半径与同步卫星的轨道半径比为R:R+h,
赤道上一物体和同步卫星一起随地球自转,
则它们转动的线速度之比为V物:V卫=,故ABD错误,C正确
故选:C.
假设地球可视为质量均匀分布的球体.已知地球质量为M,半径为R,自转的周期为T,引力常量为G.求:
(1)地球同步卫星距离地面的高度H;
(2)地球表面在两极重力加速度g的大小;
(3)地球表面在赤道重力加速度g0的大小.
正确答案
解:(1)对卫星B,设它到地面高度为H,同理由万有引力充当向心力可得:
G=m
(R+H)
解得:H=-R
(2)根据万有引力等于重力,则有:;
解得:g=;
(3)根据向心加速度表达式,则有:g1=;
那么表面在赤道重力加速度g0=-
;
答:(1)地球同步卫星距离地面的高度-R;
(2)地球表面在两极重力加速度g的大小;
(3)地球表面在赤道重力加速度g0的大小-
.
解析
解:(1)对卫星B,设它到地面高度为H,同理由万有引力充当向心力可得:
G=m
(R+H)
解得:H=-R
(2)根据万有引力等于重力,则有:;
解得:g=;
(3)根据向心加速度表达式,则有:g1=;
那么表面在赤道重力加速度g0=-
;
答:(1)地球同步卫星距离地面的高度-R;
(2)地球表面在两极重力加速度g的大小;
(3)地球表面在赤道重力加速度g0的大小-
.
下列有关地球同步卫星的说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、地球同步卫星即地球同步轨道卫星,又称对地静止卫星,是运行在地球同步轨道上的人造卫星,同步卫星的周期必须与地球自转周期相同,所以同步卫星是相对地球静止的卫星,但有加速度,不是平衡状态,故A错误;
BD、所有的同步卫星都在赤道上空,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.所以我国发射的同步通讯卫星必须定点在赤道上空,故BD错误;
C、根据万有引力提供向心力,列出等式:=m
r,其中r为轨道半径.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,根据上面等式得出:同步卫星半径相同,故C错误;
故选:C.
对于地球同步卫星的认识,正确的是( )
正确答案
解析
解:A、它们只能在赤道的正上方,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,所以不可能定点在北京正上方,故A错误.
B、同步卫星要与地球的自转实现同步,就必须要角速度与地球自转角速度相同,相对地球静止,故B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.因为同步卫星要和地球自转同步,即ω相同,
根据=mω2r,因为ω一定,所以 r 必须确定;
根据万有引力提供向心力,得:v=.
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C错误.
D、要将卫星发射较高的轨道,发射时需要做更多的能量,故卫星高度越大,机械能越大,故同步卫星机械能大,故D正确;
故选:D.
“天宫一号”是中国首个空间站的名称,已知“天宫一号”目标飞行器属于近地轨道卫星,比地球同步卫星的轨道半径小得多,设“天宫一号”和同步卫星运行的线速度分别为v1和v2,运行周期分别为T1和 T2,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供圆周运动向心力有:=m
,
则有T=2π,因“天宫一号”的轨道半径比同步卫星运行小得多,所以T1<T2;
根据绕地球做圆周运动的卫星或天体,由万有引力提供圆周运动向心力=m
可知,
线速度v=知,
由于“天宫一号”的轨道半径比同步卫星运行小得多,故有v1>v2,故C正确,ABD错误;
故选:C.
扫码查看完整答案与解析