- 万有引力与航天
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我国发射的地球同步卫星的质量为m,如果地球半径为R,自转角速度为ω,表面重力加速度为g,则卫星( )
正确答案
解析
解:A、B、同步卫星和地球同步,其周期为地球自转的周期,所以同步卫星的角速度为ω.
设地球质量为M,卫星的质量为m,则有G=mω2(R+h)
在地球表面,有g=联立以上两式得:h=
-R,环绕速度v=ω(R+h)=
,故A、B正确.
C、根据万有引力定律,受到地球引力为F=G.
又在地球表面上,有m′g=G
联立两式得:F=<mg. 故C错误.
D、由上可知D错误.
故选:AB.
已知地球的同步卫星的轨道半径为地球半径的6.0倍,根据你知道的常识,可以估算出地球到月球的距离,这个距离最接近( )
正确答案
解析
解:根据卫星的向心力由万有引力提供=m
r可知:
对同步卫星有:(6R)…①
对月球有:=m
(nR)…②
而=
…③
由①②③得:n≈60
所以选项ACD错误,B正确.
故选B
地球同步卫星离地心的距离为r,运行速度为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,地球半径为R,则=______,
=______.
正确答案
解:因为同步卫星的周期等于地球自转的周期,所以角速度相等,根据a=rω2得:=
.
根据万有引力提供向心力有:G=m
,
解得:v=,
则:=
.
故答案为:,
.
解析
解:因为同步卫星的周期等于地球自转的周期,所以角速度相等,根据a=rω2得:=
.
根据万有引力提供向心力有:G=m
,
解得:v=,
则:=
.
故答案为:,
.
2009年4月15日零时16分,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭,成功将第二颗北斗导航卫星送入预定轨道.这次发射的北斗导航卫星,是中国北斗卫星导航系统建设计划中的第二颗组网卫星,是地球同步静止轨道卫星.该卫星在预定轨道正常运行时,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.故A正确.
B、同步卫星运行轨道只能位于地球赤道平面上的圆形轨道,所以北斗导航卫星不可能定点在北京上空,故B错误,
C、同步卫星的周期必须与地球自转周期相同,其周期为24h,故C错误.
D、根据万有引力提供向心力,列出等式:=m
得:v=
.
7900m/s是第一宇宙速度,也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7900m/s.故D错误.
故选A.
同步卫星轨道半径为 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,线速度为v2.地球半径为R.则下列关系式正确的是( )
正确答案
解析
解:A、同步卫星的角速度和地球自转的角速度相等,根据a=rω2得,a1:a2=r:R.故A正确,B错误.
C、根据万有引力提供向心力G=m
,
解得v=,则
=
.故C,D错误.
故选A.
2011年6月21日,我国发射了“中星10号”地球同步通讯卫星,卫星的质量为5.22t,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A.同步卫星的轨道是一定的(赤道的上方),故A错误.
B.卫星在轨道上的向心加速度近似等于轨道上的重力加速度,根据G=mg,得:g=
.当r越大,g越小,可知卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度.故B正确.
C.月球绕地球的周期大于卫星的周期,根据ω=,可知卫星的角速度小于月球绕地球的角速度.故C正确.
D.同步通讯卫星必须在同一轨道.故D错误.
故选:BC.
人造卫星绕地球的周期和地球的自转同步称为同步卫星.已知月球绕地球运动的轨道半径约为3.8×105km,运行周期约为27天,地球半径约为6400km,则同步卫星距地面的高度约为( )
正确答案
解析
解:令同步卫星距地面的高度为h,根据开普勒第三定律有:=
代入数据解得:h=3.6×104km,故C正确,ABD错误;
故选:C.
同步卫星又叫通信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CD正确,AB错误;
故选:CD.
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、11.2km/s是卫星脱离地球束缚的发射速度,而同步卫星仍然绕地球运动,故A错误.
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.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v=可以得出同步卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度.故B正确.
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BC.
空间站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,我国将于2020年前后建成规模较大、长期有人参与的轨道空间站.假设某空间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:根据万有引力提供向心力列出等式:
=m
=m
A、T=2π,某空间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,
即空间站轨道半径小于同步卫星轨道半径,所以同步卫星的运行周期比空间站运行周期大,故A错误;
B、v=,空间站轨道半径小于同步卫星轨道半径,所以空间站运行的速度大于同步卫星运行速度,故B正确;
C、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“空间站”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D错误.
故选:BC.
如果地球的质量为M,半径为R,自转周期为T,地球的同步卫星的质量为m,引力常量为G.那么,有关地球的同步卫星,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,也是卫星最小的发射速度速度.所以同步卫星的发射速度大于地球的第一宇宙速度,故A错误
B、根据万有引力提供向心力
=
=
解得r=,所以同步卫星距地面的髙度h=r-R=
-R,故B正确
C、同步卫星运行的向心加速度a==
,故C正确
D、同步卫星的线速度v==
=
,所以动能Ek=
mv2=
,故D错误
故选BC.
若人造卫星绕地球做匀速圆周运动,则离地球越远的卫星( )
正确答案
解析
解:
A:由G=m
解得:v=,半径越大,线速度越小,离地面越远的卫星,线速度越小.故A正确;
B:由G=mrω2解得:ω=
,半径越大,角速度越小,离地面越远的卫星,角速度越小,故B错误;
C:由G=ma解得:a=
,半径越大,向心加速度越小,离地面越远的卫星,向心加速度越小,故C错误;
D:由G=mr
解得:T=2π
,半径越大,周期越大,离地面越远的卫星,周期越大,故D正确;
故选:AD
已知地球半径为R,地球自转角速度为ω,地球表面的重力加速度为g,则在赤道上空,一颗相对地面静止的同步通讯卫星离地面的高度为多少?(用已知量表示)
正确答案
解:卫星绕地球做匀速圆周运动,
万有引力提供向心力:
在地球表面
由以上两式解得:
答:一颗相对地面静止的同步通讯卫星离地面的高度为:.
解析
解:卫星绕地球做匀速圆周运动,
万有引力提供向心力:
在地球表面
由以上两式解得:
答:一颗相对地面静止的同步通讯卫星离地面的高度为:.
假设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍,则下列有关地球同步卫星的叙述正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、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:G=m
,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.
CD、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错误.
故选:BC.
地球半径为R,其表面的重力加速度为g,自转周期为T,万有引力常量为G,求:
(1)地球的质量.
(2)同步卫星距地面的高度和向心加速度.
正确答案
解:(1)地球表面的物体受到的重力等于万有引力,
∴=mg,
∴地球的质量M=
(2)地球的同步卫星的万有引力提供向心力:
=m
=ma,
代入地球的质量得卫星的高度:h=-R
向心加速度a=
答:(1)地球的质量是
(2)同步卫星距地面的高度是-R
向心加速度是.
解析
解:(1)地球表面的物体受到的重力等于万有引力,
∴=mg,
∴地球的质量M=
(2)地球的同步卫星的万有引力提供向心力:
=m
=ma,
代入地球的质量得卫星的高度:h=-R
向心加速度a=
答:(1)地球的质量是
(2)同步卫星距地面的高度是-R
向心加速度是.
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