- 万有引力与航天
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同步卫星相对地面静止,尤如悬在高空中,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:AD、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,所以各国的同步卫星都在同一圆周上运动,故A错误,D正确.
B、因为同步卫星要和地球自转同步,即ω相同,根据F=G=mω2r,因为ω是一定值,所以 r 也是一定值,所以它运行的轨道半径是确定的值,所以同步卫星的高度是唯一的.根据卫星的速度公式v=
,所以同步卫星的速率是唯一的,故B正确.
C、根据a=,由于r一定,所以同步卫星的加速度大小是唯一的,故C正确.
故选:BCD.
常用的通讯卫星是地球同步卫星,它定位于地球赤道正上方.已知某同步卫星离地面的高度为h,地球自转的角速度为ω,地球半径为R,地球表面附近的重力加速度为g0,该同步卫星运动的加速度的大小为( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力,列出向心力公式:
=ma
a=
在地球表面有g0=,
a==
地球自转的角速度等于同步卫星的角速度,
根据圆周运动的公式得:
a=ω2r=ω2(R+h),故ABC错误,D正确
故选:D.
同步卫星相对于地面静止不动,犹如悬在空中一样,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、同步卫星受到地球的万有引力提供向心力做匀速圆周运动,加速度不为零,故A错误.
B、根据同步卫星与地球自转同步,所以所有同步卫星绕地心的角速度跟地球自转的角速度相等,故B正确;
C、根据同步卫星与地球自转同步,相对于地面静止不动,犹如悬在空中一样,所以同步卫星只能位于赤道上方.故C正确;
D、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,所以它运行的轨道半径是确定的值,所以同步卫星的高度是唯一的.根据v=rω,所以线速度大小是确定的值.故D正确;
故选:BCD.
(2016•浦东新区一模)用M表示地球质量,R表示地球半径,T表示地球自转周期,G表示万有引力常量,则地面上物体的重力加速度为g=______,地球同步卫星的轨道高度为h=______.
正确答案
-R
解析
解:地球表面的物体受到的重力等于万有引力,有:
=mg
解得:g=,
地球的同步卫星的万有引力提供向心力:
=m
解得:r=
那么地球同步卫星的轨道高度为:h=-R;
故答案为:;
-R.
同步卫星相对于地面静止不动,犹如悬在空中一样,下列说法中正确的有( )
正确答案
解析
解:A、同步卫星受到地球的万有引力提供向心力做匀速圆周运动,加速度不为零,故A错误.
B、根据同步卫星与地球自转同步,所以所有同步卫星绕地心的角速度跟地球自转的角速度相等,故B正确;
C、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,所以它运行的轨道半径是确定的值,所以同步卫星的高度是唯一的.根据v=rω,所以线速度大小是确定的值.故C正确;
D、7.9km/s是第一宇宙速度,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,所以同步卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度,故D错误;
故选:BC.
若我国发射的某颗人造卫星A,距离地面的高度恰好等于地球半径,设地球为均匀的球体,地球的半径为6370km,若已知地球的同步卫星据地面的高度为35600km,则对卫星A的描述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、地球对卫星的万有引力充当向心力,所以该卫星只能绕着地心做匀速圆周运动,A错误
B、根据知,r越大,T越小,半径比较大的同步卫星周期为24h,知该卫星的周期小于24h,故B正确;
C、第一宇宙速度V==7.9km/s,卫星的线速度V′=
=
>3.1km/s,故C正确;
D、由B知,卫星的周期小于同步卫星,则角速度大于同步卫星,也大于地球的自转角速度,故D错误;
故选:BC.
同步卫星离地球球心的距离为r,运行速率为v1,加速度大小为a1,地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度大小为a2,第一宇宙速度为v2,地球半径为R,则下列关系正确的是 ( )
①a1:a2=r:R②a1:a2=R2:r2③v1:v2=R2:r2④.
正确答案
解析
解:①、②同步卫星的角速度、赤道上的物体的角速度都与地球自转的角速度相同,则由a=ω2r得,a1:a2=r:R.故①正确,②错误.
③、④第一宇宙速度等于近地卫星的运行速度,人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,
由地球的万有引力提供向心力,则得 G=m
,则有:v=
,
M是地球的质量为M,r是卫星的轨道半径,则得到,v1:v2=:
.故③错误,④正确.
故选:B.
已知地球质量为M,半径为R,自转周期为T,地球同步卫星质量为m,引力常量为G,有关同步卫星,下列表述错误的是( )
正确答案
解析
解:万有引力提供向心力
F引=F向
G=ma向=m
=m
(R+h)
解得
a向=(R+h)
v=
F引=G
h=-R
故A正确;
B、由于第一宇宙速度为v1=;而同步卫星的速度小于第一宇宙速度;故B正确;
C、向心力大小为G;故C错误;
D、地表重力加速度为g=;故卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度;故D正确;
本题选错误的;故选:C.
假设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍,则( )
正确答案
解析
解:A、研究同步卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式:=m
解得:v=,其中r为同步卫星的轨道半径.
地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍,即r=nR,所以v==
而第一宇宙速度为:
所以同步卫星的运行速度是第一宇宙速的 倍.故A错误,B正确.
C、同步卫星的周期与地球自转周期相同,即同步卫星和地球赤道上物体随地球自转具有相等的角速度.
根据圆周运动公式得:v=ωr,
因为r=nR
所以同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转速度的n倍,故C错误.
D、研究同步卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式:=ma,
解得:a=
根据地球表面万有引力等于重力得:=mg,
则g=;
那么=
=
所以同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的倍.故D错误.
故选:B.
通信卫星又叫同步卫星,下面关于同步卫星的说法中不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、所有的地球同步卫星的必要条件之一:是它们的轨道都必须位于地球的赤道平面内,故A正确.
B、C、D同步卫星的角速度等于地球自转的角速度,周期等于地球自转的周期,由万有引力等于向心力知无法计算卫星质量m,但高度是一定的,故B不正确,CD正确.
此题选不正确的,故选:B
2013年1月14日,北斗卫星导航系统的第一个名用示范工程启动,已知该系统的第16颗卫星在距地面约36000Km的地球同步轨道上绕行,则关于该卫星以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、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A正确,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,因此同步卫星相对地面静止不动,故C错误,
D、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:同步卫星的角速度和站在赤道上随地球一起自转的人的角速度相同,故D错误.
故选:AD.
分GPS全球定位系统导航卫星绕地球运行的周期为T,地球半径用R表示,地球表面的重力加速度为g,求此卫星离地面高度h.
正确答案
解:
卫星在轨道上运行:
卫星距地面高度h=r-R
对地面上质量为m0的物体有
联立解得
答:此卫星离地面高度-R.
解析
解:
卫星在轨道上运行:
卫星距地面高度h=r-R
对地面上质量为m0的物体有
联立解得
答:此卫星离地面高度-R.
2012年5月26日,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭,成功地将“中星2A”地球同步卫星送入太空,为我国广大用户提供广播电视及宽带多媒体等传输业务.下列关于地球同步卫星的说法中正确的是( )
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.所以只能定点在赤道的正上方,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.故A错误,B正确
C、第一宇宙速度的圆轨道最大的速度,第二宇宙速度是脱离地球的速度,所以地球同步卫星运行的线速度小于第一宇宙速度,故C错误
D、由于轨道半径一定,则线速度的大小也一定,质量不同的地球同步卫星,运行速度大小也一定,故D错误
故选B.
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(如图),则当卫星分别在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:根据开普勒第三定律(类似),卫星在轨道3上的周期大于在轨道1上周期.故A错误;
B:根据开普勒第二定律,卫星在近地点的速度大,在远地点的速度小,故B正确;
C:卫星在轨道1上经过Q点时的加速度和它在轨道2上经过Q点时的加速度都是由万有引力提供的.在同一点,万有引力相等,故加速度也相等.故C错误;
D:同C,卫星在轨道2上经过P点的加速度(万有引力)等于它在轨道3上经过P点的加速度;卫星在轨道2上经过P点时开始做向心运动,提供的加速度(万有引力)大于需要的加速度(),所以轨道2上经过P点的速率小于它在轨道3上经过P点的速率.故D错误.
故选:B.
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、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.
所以将同步卫星质量增加一倍,其同步轨道半径不变,故A错误;
B、第一宇宙速度7.9km/s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;
C、同步卫星相对地面处于静止,所以能利用它进行电视转播,故C正确;
D、如果同步卫星距地面的高度发生了变化,根据周期T=2π,周期将发生变化,所以不能与地球同步,故D错误;
故选:C.
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