- 万有引力与航天
- 共16469题
发射地球同步卫星要经过三个阶段:先将卫星发射至 近地圆轨道1,然后使其沿椭圆轨道2运行,最后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,如图所示.当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据牛顿第二定律和万有引力定律得:a=,
所以卫星在轨道1上经过Q点时的加速度等于它在轨道2上经过Q点时的加速度,故A正确;
B、由题意可知,卫星在轨道1上做匀速圆周运动,而在在轨道2上做椭圆运动,则在同一位置Q点,在2轨道上要做离心运动,则在轨道1上的经过Q点时的速度小于它在轨道2上经过Q点时的速度,故B错误;
C、由人造卫星的万有引力等于向心力=m
,
得v=,
所以卫星在轨道3上的速度小于它在轨道1上的速度,故C错误;
D、由开普勒第三定律=k得卫星在轨道3上的周期大于它在轨道1上的周期,故D正确;
故选:AD.
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做是匀速圆周运动,飞船的运动和人造地球同步卫星的运动相比,假设它们质量相等,下列判断中正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力得出:=m
=ma=mr(
)2得
A、T=2π,神州五号载人宇宙飞船的周期约为90min.同步卫星周期24h,所以飞船的轨道半径小于同步卫星的轨道半径.
F=,所以飞船受到的向心力大于同步卫星受到的向心力.故A正确,C错误
B、v=,飞船的轨道半径小于同步卫星的轨道半径,所以飞船的运行速度大于同步卫星的运行速度.所以飞船的动能大于同步卫星的动能,故B正确;
D、越往高轨道发射卫星需要的能量越大,所以发射飞船过程需要的能量小于发射同步卫星过程需要的能量.故D错误;
故选:AB.
由于卫星的发射场不在赤道上,同步卫星发射后需要从转移轨道经过调整再进入地球同步轨道.当卫星在转移轨道上飞经赤道上空时,发动机点火,给卫星一附加速度,使卫星沿同步轨道运行.已知同步卫星的环绕速度约为3.1×103m/s,某次发射卫星飞经赤道上空时的速度为1.55×103m/s,此时卫星的高度与同步轨道的高度相同,转移轨道和同步轨道的夹角为30°,如图所示,发动机给卫星的附加速度的方向和大小不可能的为( )
正确答案
解析
解:合速度为同步卫星的线速度,为:v=3.1×103m/s;
一个分速度为在转移轨道上的速度,为:v1=1.55×103m/s;
合速度与该分速度的夹角为30度,根据平行四边形定则,另一个分速度v2如图所示:
该分速度的方向为东偏南方向,根据余弦定理,大小为:
v2==
=1.9×103m/s.
本题选择不可能的,故选:ACD.
我国发射的“天链一号01星”是一颗同步卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:同步卫星轨道在赤道的上空,周期等于地球自转的周期,则角速度与赤道上物体的角速度相等,
根据G=mr(
)2知,周期一定,轨道半径一定,则高度一定.且与地面保持相对静止,再根据G
=m
得,v=
,它的运动速度也是一定的.故A、D正确,B、C错误.
故选:AD.
位于赤道平面上的一颗人造地球卫星绕地球运行、傍晚在赤道上的某人发现卫星位于自己的正上方相对地面运动,第二天傍晚同一时刻又发现此卫星出现在自己的正上方,已知地球自转角速度为ω,地球表面的重力加速度为g,地球半径为R,则对此卫星下列论述正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、据题知,卫星位于自己的正上方相对地面运动,所以该卫星不可能是同步卫星,故A、B错误.
CD、在地球表面上,有 m′g=G
对该卫星,有 G=mω′2(R+h)
由题意有ω′=nω,n=1,2,3…
联立可得 h=-R;
当n≠1时,h≠-R
当n=2时,h=-R,故C正确,D错误.
故选:C.
如图,地球卫星B、C的轨道b、c的圆心与地心O重合,圆a在地球表面上且与自转轴线垂直,轨道b的平面与地轴垂直,下列表述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、处于圆a上的地面物体的向心力方向垂直指向地轴,故A错误
B、同步卫星由于其周期和地球的自转周期相同,轨道一定在赤道的上空.故轨道只可能为b,故B错误
C、在轨道b上运动的卫星只受重力,处于失重状态,故C正确
D、根据万有引力提供向心力得v=得卫星B、C的运行速度vb<vc.故D正确
故选CD.
已知地球表面重力加速度为g,地球半径为R,地球自转周期为T,求:
(1)地球赤道表面上的物体随地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为多少?
(2)地球同步卫星离地面的高度h为多少?
(3)试计算分析说明,赤道表面上的物体与同步卫星的向心加速度谁更大?
正确答案
解:(1)根据向心力表达式,则有:
解得:;
(2)根据万有引力提供向心力,则有:
且;
联立求解得:;
(3)地面上物体:由向心加速度表达式,则有:,
同步卫星:;
所以同步卫星更大.
答:(1)地球赤道表面上的物体随地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为;
(2)地球同步卫星离地面的高度h为;
(3)同步卫星的向心加速度更大.
解析
解:(1)根据向心力表达式,则有:
解得:;
(2)根据万有引力提供向心力,则有:
且;
联立求解得:;
(3)地面上物体:由向心加速度表达式,则有:,
同步卫星:;
所以同步卫星更大.
答:(1)地球赤道表面上的物体随地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为;
(2)地球同步卫星离地面的高度h为;
(3)同步卫星的向心加速度更大.
地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面,为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料.设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据G=m
得,v=
,则同步卫星的运动速度是第一宇宙速度的
,故A错误,C正确;
B、同步卫星与地球赤道上的物体具有相同的角速度,根据v=rω知,同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转的速度的n倍.故B错误.
D、根据G=ma,得a=
,则同步卫星的向心速度是地球表面重力加速度的
倍,故D错误;
故选:C.
关于地球同步卫星下列说法正确的是( )
①地球同步卫星和地球同步,因此同步卫星的高度和线速度大小是一定的
②地球同步卫星的地球的角速度虽被确定,但高度和速度可以选择,高度增加,速度增大,高度降低,速度减小
③地球同步卫星只能定点在赤道上空,相对地面静止不动
④同步卫星由于距地球的距离比近地卫星远,所以圆周运动的周期应比近地卫星小.
正确答案
解析
解:①、根据万有引力提供向心力,列出等式:,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①正确.
②、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②错误.
③、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③正确.
④、根据万有引力提供向心力,得
,即轨道半径越大,周期越大,同步卫星由于距地球的距离比近地卫星远,所以圆周运动的周期应比近地卫星大,故④错误.
故①③正确.
故选:A.
关于地球同步通讯卫星,下述说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、同步通讯卫星上的物体处于完全失重状态,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=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B错误.
CD、根据F=mr,因为T一定值,所以 r 也为一定值,所以同步卫星距离地面的高度是一定值,卫星距离地球的高度约为36000 km,运行轨道为位于地球赤道平面上圆形轨道,故C正确,D错误.
故选:C.
一颗在地球赤道上空绕地球运转的同步卫星,距地面高度为h,已知地球半径为R,自转周期为T,地面重力加速度为g,则这颗卫星运转的速度大小是( )
正确答案
解析
解:A、根据圆周运动线速度公式得:
v==(R+h)
①,故A正确.
B、根据万有引力提供向心力得:=
v= ②
在地球表面,重力等于万有引力得:=mg ③
由②③得v=R,故B错误.
C、根据万有引力提供向心力得:=
r==R+h
h=-R ④
由①③④得:
v=,故C正确,D错误.
故选:AC.
亚洲一号是我国发射的地球同步通讯卫星,设地球自转角速度一定,则亚洲一号( )
正确答案
解析
解:A、同步通讯卫星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.所以不可能定点在仁怀正上方,故A错误.
B.同步通讯卫星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.所以它不可能沿着与赤道成一定角度的轨道运动,故B错误.
C.由万有引力提供向心力G=m
r,得r3=
,因为T一样,所以半径一样,所以各国发射的这种卫星轨道半径都一样,与卫星的质量无关,故C正确.
D.同步卫星是指与地球相对静止的卫星.这种卫星绕地球转动的角速度与地球自转的角度速度相同,故D正确.
故选:CD.
以下说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、第一宇宙速度是人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动时的最大速度.故A错误.
B、周期为24h,并且轨道平面在赤道平面上运行的人造地球卫星是同步卫星.故B错误;
C、假想人类不断向月球“移民”,在月地距离不变的情况下,根据万有引力定律:可知,过程开始时二者的质量和不变,质量越接近,引力越大,所以其引力增大.故C正确;
D、航天飞机中的物体处于完全失重时物体仍然受到重力的作用,重力提供向心力.故D错误.
故选:C
我国发射的“神舟五号”载人宇宙飞船绕地球的周期约为90min,如果把它绕地球的运动看作是匀速圆周运动,飞船的运动和与飞船质量相等的人造地球同步卫星的运动相比较,下列判断中正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力得出:
=m
=ma=mω2r=m
A、周期T=2π,神州五号载人宇宙飞船的周期约为90min.同步卫星周期24h,所以飞船的轨道半径与同步卫星的轨道半径之比为1:
.故A正确;
B、速度v=,飞船的运动速度与同步卫星的速度之比为
:1.质量相等,飞船机械能小于同步卫星的机械能,故BD正确;
C、角速度ω=,飞船的轨道半径小于同步卫星的轨道半径,飞船运动的角速度大于同步卫星运动的角速度.故C错误;
故选:ABD
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、同步卫星运行轨道为位于地球赤道平面上空圆形轨道,轨道固定不变,故A正确B错误;
C、因为同步卫星要和地球自转同步,即同步卫星周期T为一定值,根据F==m
r=m
,因为T一定值,所以 r 也为一定值,所以同步卫星距离地面的高度和速度是一定值,故C错误.
D、各国发射的这种卫星不一定具有相同的质量,故D错误
故选:A
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