- 万有引力与航天
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关于地球同步卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据v=ωr,虽然它们的角速度相同,但它们的半径不同,则同步卫星在轨道上的运行速度比赤道上某点的线速度大,故A错误.
B、各国发射的同步卫星的周期都相同,都等于地球自转的周期.由=m
r,得r=
,M是地球的质量,T是地球自转的周期,可知r的大小比地球半径大,故B错误.
C、根据=m
,得v=
,可知第一宇宙速度7.9km/s,由于地球的同步卫星大于地球的半径,则发射速度是介于7.9km/s和11.2km/s之间的某一值,故C错误,D正确.
故选:D.
同步卫星A距地面高度为h,近地卫星B距地面高度忽略不计,地球半径为R.则卫星A、B的向心加速度大小之比aA:aB=______,线速度大小之比vA:vB=______.
正确答案
R2:(R+h)2
解析
解:卫星的向心力由万有引力提拱,则对AB两卫星,由万有引力公式可求得向心加速度及线速度之比;
故G=ma=m
可得:
a=;v=
故同步卫星与近地卫星的加速度之比为:;
线速度之比为
故答案为:
R2:(R+h)2;
地球同步卫星的运行速度( )
正确答案
解析
解: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,为7.9km/s.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.
故选:B.
由于通讯和广播等方面的需要,许多国家发射了地球同步轨道卫星,这些卫星的( )
正确答案
解析
解:AB、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.所以所有的同步卫星都在赤道上方同一轨道上,
因为同步卫星要和地球自转同步,即这些卫星ω相同,
根据万有引力提供向心力得:
=mω2r,因为ω一定,所以 r 必须固定.故AB错误.
C、根据万有引力提供向心力得:=ma,因为r一定,所以这些卫星加速度的大小相等.故C错误.
D、许多国家发射了地球同步轨道卫星,这些卫星的质量可以不同.故D正确.
故选:D.
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,地球自转周期为T,则三颗卫星中任意两颗卫星间的距离为( )
正确答案
解析
解:设同步卫星的轨道半经为r
根据:=mg
得:GM=gR2
根据=m
由以上两式得:r=
根据题意画出俯视三颗同步通信卫星的几何位置图象:
根据几何关系得:
S=2rsin60°
得S=r=
.
故选D.
通信卫星(同步卫星)总是“停留”在赤道上空的某处.已知地球质量为M,半径为R,自转周期为T,万有引力恒量为G,则同步卫星周期是______,离地面的高度h=______.
正确答案
T
-R
解析
解:地球同步卫星的周期等于地球的自转周期T,根据引力提供向心力,则对地球同步卫星有:
G=m
(R+h)
解得:h=-R
故答案为:T,-R.
1990年4月25日,科学家将哈勃天文望远镜送上距地球表面约600km的高空,使得人类对宇宙中星体的观测与研究有了极大的进展.假设哈勃望远镜沿圆轨道绕地球运行,其轨道半径约为地球同步卫星轨道半径的.利用这一事实可得到哈勃望远镜绕地球运行的周期.以下数据中最接近其运行周期的是( )
正确答案
解析
解:哈勃天文望远镜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
F=F向
因而
G=m(
)2r
解得
T=2π;
故:T哈:T同=2π:2π
T哈= T同≈1.6h;
故选:B.
关于地球同步卫星,下列说法中正确的是( )
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,因此同步卫星相对地面静止不动,所以同步通讯卫星必须定点在赤道上空,但不平衡状态,同步卫星的周期必须与地球自转周期相同,故A正确,B错误;
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,故C错误;
D、根据=ma,可知,离地球表面越高,则其加速度越小,因此它的加速度小于9.8m/s2,故D正确;
故选:AD.
若地球自转在逐渐变快,地球的质量与半径不变,则未来发射的地球同步卫星与现在的相比( )
正确答案
解析
解:地球自转在逐渐变快,地球的自转周期在减小,所以未来人类发射的卫星周期也将减小,根据万有引力充当向心力可知:
=m
=m
=mω2r=ma
A、T=2π,卫星周期减小,所以离地面高度变小,故A正确;
B、ω=,离地面高度变小,角速度增大,故B错误;
C、v=,离地面高度变小,线速度增大,故C错误;
D、a=,离地面高度变小,向心加速度变大,故D错误;
故选:A
对于绕地球运行的两颗同步卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、所有的同步卫星转动的周期与地球自转周期相同,均为24小时,根据万有引力充当向心力知所有同步卫星有四个“定”:定轨道、定高度、定速度、定周期,再根据an=,可知,加速度的大小相同,故ABD错误.
C、根据,可知,质量相互约去,与质量无关,故C正确,
故选:C.
关于地球同步卫星下列说法不正确的是( )
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,因做圆周运动,则处于不平衡状态,故A错误;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,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C正确;
D、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D错误;
本题选不正确的,故选:A.
已知地球赤道上的物体随地球自转的线速度大小为v1,向心加速度大小为a1,近地卫星线速度大小为v2,向心加速度大小为a2,地球同步卫星线速度大小为v3,向心加速度大小为a3,设近地卫星距地面高度不计,同步卫星距地面高度约为地球半径的6倍.则以下结论正确的是( )
正确答案
解析
解:A、近地卫星和同步卫星都是绕地球做匀速圆周运动,
根据万有引力提供向心力=
,
解得:v=
同步卫星距地面高度约为地球半径的6倍,则两卫星的轨道半径比为1:7,所以,故A错误.
B、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1:7,所以=
,
由,则
,故B错误.
C、同步卫星与随地球自转的物体具有相同的角速度,
根据a=rω2得,地球的半径与同步卫星的轨道半径比为1:7,所以=
故C正确.
D、根据万有引力提供向心力得:=ma
则有:a=,因两卫星的轨道半径比为1:7,所以
=
,故D正确.
故选:CD.
北斗卫星导航系统是中国自行研制开发的三维卫星定位与通信系统(CNSS),它包括5颗同步卫星和30颗非静止轨道卫星,其中还有备用卫星在各自轨道上做匀速圆周运动,设地球半径为R,同步卫星的轨道半径约为6.6R,如果某一备用卫星的运行周期约为地球自转周期的则该备用卫星离地球表面的高度约为( )
正确答案
解析
解:已知同步卫星的周期是地球自转周期,
备用卫星的运行周期约为地球自转周期,所以备用卫星的运行周期约为同步卫星周期的
,
根据开普勒第三定=k得
=
同步卫星的轨道半径约为6.6R,所以备用卫星的轨道半径约为1.65R,
所以该备用卫星离地球表面的高度约为0.65R.
故选C.
据报道,我国数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空,经过4次变轨控制后,成功定点在东经77°赤道上空与地球同步转动,成为同步卫星.关于成功定点后的“天链一号01星”,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由万有引力提供向心力得:G =m
得:v=
,线速度v随轨道半径 r的增大而减小,v=7.9 km/s为第一宇宙速度,即围绕地球表面运行的速度,
因同步卫星轨道半径比地球半径大很多,因此其线速度应小于7.9 km/s,故A错误;
B.同步卫星和赤道上的物体具有相同的角速度,所以卫星相对地面静止,轨道半径一定,所以离地面的高度一定.故B正确;
C.根据G=mω2r可知:轨道半径越大,角速度越小.同步卫星的轨道半径小于月球绕地球的轨道半径,所以同步卫星绕地球运行的角速度大于月球绕地球运行的角速度.故C正确.
D、同步卫星的角速度与赤道上物体的角速度相等,根据a=rω2,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错误.
故选BC.
2012年10月25日,我国第16颗北斗导航卫星升空,北斗卫星导航系统是继美GPS和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统.这些卫星含有中地球轨道卫星、地球静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星.其中地球静止轨道卫星是位于赤道上空的同步卫星,倾斜地球同步轨道卫星的轨道平面与赤道平面有一定的夹角,其周期与地球自转周期相同.则以下关于倾斜地球同步轨道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,得
,因为倾斜地球同步轨道卫星的周期与赤道上空的同步卫星的周期相同,故它的轨道髙度与位于赤道上空的同步卫星的轨道高度相同,故A错误.
B、根据,r和T都相同,故它的运行速度与位于赤道上空的同步卫星的运行速度大小相等.故B错误.
C、根据,r和T都相同,故它的向心加速度大小和位于赤道上空的同步卫星的向心加速度大小相等,故C正确.
D、倾斜同步轨道卫星相对于地球非静止的,所以倾斜同步轨道卫星从地球上看是移动的,故该卫星不可能始终位于地球表面某个点的正上方,故D错误.
故选:C.
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