- 万有引力与航天
- 共16469题
同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星( )
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.故C正确;
故选C.
如图在发射地球同步卫星的过程中,卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ,然后在Q点通过改变卫星速度,让卫星进入地球同步轨道Ⅱ,则( )
正确答案
解析
解:A、在Q点和P点,万有引力方向与速度方向垂直,所以此时,万有引力的功率为零,则由Q向P运动的过程中,万有引力的功率先增加后减小,故A正确;
B、7.9km/s即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,所以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、在轨道Ⅰ上,由P点向Q点运动,万有引力做负功,动能减小,所以P点的速度大于Q点的速度.故C正确
D、根据万有引力提供向心力=ma,a=
,所以卫星在轨道Ⅰ通过Q点的向心加速度等于在轨道Ⅱ通过Q点的向心加速度,故D错误
故选:AC.
已知万有引力常量G,地球半径R,月球中心与地球中心间的距离为r,同步卫星距离地面的高度为h,月球绕地球运转周期为T1,地球自转周期为T2,地球表面的重力加速度为g.某同学根据以上条件,提出一种估算地球质量的方法:
同步卫星绕地球做圆周运动,由得
.
(1)请判断上面的结果是否正确,并说明理由.
(2)根据题目给定的已知条件,提出两种估算地球质量的方法,并计算出最后结果.
正确答案
解:
(1)上面结果是错误的,地球的半径R在计算过程中不能忽略,
不正确,因为同步卫星的轨道半径是h+R,不是h.
(2)解法一:
对同步卫星,设同步卫星的质量是m,则:
解得:
解法二:
对地面上质量为m的物体
解得:
解法三:对月球,设月球的质量为m,则:
解得:
答:(1)上面的结果不正确,因为同步卫星的轨道半径是h+R,不是h.
(2)根据题目给定的已知条件,估算地球质量的方法如上所示.
解析
解:
(1)上面结果是错误的,地球的半径R在计算过程中不能忽略,
不正确,因为同步卫星的轨道半径是h+R,不是h.
(2)解法一:
对同步卫星,设同步卫星的质量是m,则:
解得:
解法二:
对地面上质量为m的物体
解得:
解法三:对月球,设月球的质量为m,则:
解得:
答:(1)上面的结果不正确,因为同步卫星的轨道半径是h+R,不是h.
(2)根据题目给定的已知条件,估算地球质量的方法如上所示.
关于同步卫星是指相对于地面不动的人造卫星,有关说法正确的是( )
①同步卫星不绕地球运动
②同步卫星绕地球运动的周期等于地球自转的周期
③同步卫星只能在赤道的正上方
④同步卫星可以在地面上任一点的正上方
⑤同步卫星离地面的高度一定
⑥同步卫星离地面的高度可按需要选择不同的数值.
正确答案
解析
解:①同步卫星绕地球做圆周运动,故①错误
②同步卫星绕地球运动的周期等于地球自转的周期,故②正确
③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.故③正确④错误
⑤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.故⑤正确,⑥错误
故选D.
“神舟十号”飞船与“天宫一号”空间实验室成功对接,空间实验室是科学家进行天文探测和科学试验的特殊而又重要的场所.假设空间实验室正在圆周轨道行运行,其离地球表面的高度约为340km,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在“天宫一号”工作的宇航员处于完全失重状态,靠万有引力提供向心力,做圆周运动,故A错误;
BC、地球同步卫星的高度约为3.6×104km,“天宫一号”离地球表面的高度约为340km,
根据万有引力提供向心力有:=
=ma
v=
a=,
“天宫一号”运行的加速度大于同步卫星的加速度,故B正确;
“天宫一号”运行的速度大于同步卫星运行速度.故C错误;
D、“天宫一号”绕地球一圈约为90分钟,则一天绕地球运行16圈.故D错误.
故选:B.
地球同步卫星“静止”在赤道上空的某一点,它绕地球的运行周期与地球的自转周期相同.设地球同步卫星运行的角速度为ω1,地球自转的角速度为ω2,则ω1和ω2的关系是( )
正确答案
解析
解:地球同步卫星的周期与地球自转的周期相同
有ϖ=可知,角速度相同
故选B
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.故A错误,C正确.
B、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B错误.
D、由于同步卫星的周期必须与地球自转周期相同,根据ω=所以卫星的运行角速度与地球的自转角速度相同.故D正确.
故选:CD.
同步卫星相对地面静止不动,犹如悬在高空中,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,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B错误.
C、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C正确.
D、根据a=,由于r一定,所以同步卫星的加速度大小是唯一的,而方向变化.故D错误.
故选:C.
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′,则三颗卫星中任意两颗卫星间距离为( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力得:=m
r,r为轨道半径,有:
r=
根据地球表面处万有引力等于重力得:=mg,得:GM=gR2
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:L=r.
根据同步卫星处万有引力等于重力得:=mg′,r=
由于GM=gR2
r=R
所以L=r=R
故选:B.
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、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,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,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;故D正确;
故选:ABD.
已知万有引力常量为G,地球半径为R,同步卫星距地面的高度为h,地球的自转周期为T.请由以上已知条件估算出地球的质量M.
正确答案
解:设同步卫星质量为m,由题意知:同步卫星轨道半径为r=R+h,
周期等于地球自转周期T,
由牛顿第二定律有:
G=m(
)2(R+h)
M=
答:地球的质量M=.
解析
解:设同步卫星质量为m,由题意知:同步卫星轨道半径为r=R+h,
周期等于地球自转周期T,
由牛顿第二定律有:
G=m(
)2(R+h)
M=
答:地球的质量M=.
同步卫星在赤道上空同步轨道上定位以后,由于受到太阳、月球及其他天体的引力作用影响,会产生漂移运动而偏离原来的位置,若偏离达到一定程度,就要发动卫星上的小发动机进行修正.如图所示中,A为离地面36000km的同步轨道,B和C为两个已经偏离轨道但仍在赤道平面内做圆周运动的卫星,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、B、对于B卫星轨道高度大于同步卫星轨道,要回到同步轨道卫星需做近心运动,根据近心运动条件的万有引力大于在B轨道上圆周运动所需的向心力,所以B卫星需减速,即向前喷气,使得所需向心力减小从而满足近心运动条件,故A正确;
BD、根据引力提供向心力,即,可知,当半径越大时,线速度v越小,角速度也越小,故BD错误;
C、对于A卫星轨道高度小于同步卫星的轨道高度,回到同步卫星轨道卫星需做离心运动,根据离心运动条件有万有引力要小于圆周运动的向心力,所以A卫星需加速,即向后喷气,使得所需向心力增加而满足离心运动条件做离心运动而抬高轨道至同步卫星轨道,故C错误.
故选:A.
矿产资源是人类赖以生存和发展的物质基础,随着对资源的过度开采,地球资源的枯竭,已使我们的环境恶化,而宇航事业的发展为我们开辟了太空采矿的途径.太空中进行开采项目,必须建立“太空加油站”. 假设“太空加油站”正在地球赤道平面内的圆周轨道上运行,其离地球表面的高度为同步卫星离地球表面高度的十分之一,且运行方向与地球自转方向一致.下列说法正确的有( )
正确答案
解析
解:A、根据=mg=ma,知“太空加油站”运行的加速度等于其所在高度处的重力加速度,故A正确;
B、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,则有=
v==
太空加油站高度为同步卫星离地球表面高度的十分之一,但距离r不是十分之一,
太空加油站运行的速度不等于同步卫星运行速度的 倍.故B错误;
C、角速度ω=,轨道半径越大,角速度越小,同步卫星和地球自转的角速度相同,所以空间站的角速度大于地球自转的角速度,所以站在地球赤道上的人观察到空间站向东运动.故C正确;
D、在“太空加油站”工作的宇航员受重力,处于完全失重状态,靠万有引力提供向心力,做圆周运动.故D错误;
故选:AC.
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,距离地面的高度为h,有关同步卫星,下列表述正确的是( )
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
则有:h=-R
故A错误,C正确;
B、不同的地球同步卫星轨道平面必须相同,故B错误;
D、进入轨道后做匀速圆周运动,产生完全失重现象,此时卫星仍受到地球引力作用,故D错误;
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
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正确.
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,
a=
根据地球表面万有引力等于重力得:
=mg,g=
=
=
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BC.
扫码查看完整答案与解析