- 万有引力与航天
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2004年10月某日上午,中国首颗业务型静止轨道(即同步轨道)气象卫星--“风云二号”由“长征三号甲”运载火箭成功送入预定轨道.下列关于这颗卫星在轨道上运行的描述,正确的是( )
正确答案
解析
解:A、D地球同步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:
G=m
=ma,则得:v=
,
a= 可见,卫星轨道半径越大,其速度越小,加速度越小.所以同步卫星的速度应小于近地卫星的速度7.9km/s,加速度也小于近地卫星的加速度,而近地卫星的加速度近似等于地面的加速度,所以加速度小于地面的重力加速度.故A错误,D也错误.
B、地球同步卫星相对于地球静止,其周期等于地球自转的周期,则小于月球绕地球运行的周期,因此绕地球运行的角速度大于月球绕地球运行的角速度.故B正确.
C、地球同步卫星绕地球做匀速圆周运动,受到地球的万有引力,合力不为零,处于非平衡状态.故C错误.
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、同步卫星的周期与地球自转周期相同,根据ω= 得该卫星运行的角速度与地球的自转角速度相同.故A正确.
B、地球与卫星实现了“同步”,那它的运动方向与地球自转方向相同.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=G=mω2r,因为ω一定,所以 r 必须固定,所以同步卫星的高度是一个确定的值,故C错误.
D、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D错误.
故选:AB.
假设同步卫星的轨道半径是地球赤道半径的n倍,则( )
正确答案
解析
解:A、根据a=ω2r,可解得:同步卫星的向心加速度与地球赤道上物体的向心加速度之比为nR:R=n,故AD错误;
B、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,解得:g=
;
则有:=
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B正确,C错误.
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、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A错误;
B、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.由于轨道半径一定,则线速度的大小也一定,故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,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C正确,D错误.
故选C.
发射同步卫星的过程是:首先使卫星在近地轨道Ⅰ做匀速圆周运动,然后变轨为椭圆轨道Ⅱ,最后再由椭圆轨道Ⅱ变轨进入同步圆形轨道Ⅲ上,忽略空气阻力,下列选项正确的是( )
正确答案
解析
解:A、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,故A错误.
B、由轨道Ⅰ变轨为轨道Ⅱ后,由圆周运动变为离心运动,需要增大卫星的速度,则卫星的机械能增加,故B正确;
C、同步卫星的轨道半径要大于近地卫星的轨道半径,根据,则有ω=
,可以得出同步卫星运行的角速度一定小于在轨道Ⅰ上的角速度.故C错误.
D、根据万有引力提供向心力=ma,则有a=
所以卫星在轨道Ⅲ上的向心加速度小于在轨道Ⅰ上的向心加速度,故D正确;
故选:BD.
己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,这个距离最接近地球半径的( )
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:=m
6R…①
对月球有:=m
(nR)…②
而=
…③
由①②③得:n≈60,故A正确,BCD错误.
故选:A.
关于我国发射的同步通讯卫星,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、同步卫星的周期与地球自转周期相同,故A错误.
B、同步卫星的周期与地球自转周期相同,根据ω=,同步卫星运行的角速度等于地球自转角速度,故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.故C错误.
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,做匀速圆周运动的圆心是地心.由于地球绕地轴自西向东转,只有在赤道上空的位置,卫星受到的地球引力所产生的加速度才正好可以使卫星保持与地球相对静止的状态,因此,同步卫星的轨道平面必须与赤道平面重合.故D正确.
故选D.
地球同步卫星质量为m,离地高度为h,若地球半径为R0,地球表面处重力加速度为g0,地球自转角速度为ω0,则同步卫星所受的地球对它的万有引力的大小为( )
正确答案
解析
解:在地球表面,由重力等于万有引力得
mg=①
在卫星位置,由重力等于万有引力得
mg′= ②
由①②得:g′=
通讯卫星所受万有引力的大小F=ma=mg′=m.
同步卫星做圆周运动由万有引力提供向心力得:
F=mω(R0+h)=mg′=m
因h+R=;
所以F=mω(R0+h)=m
,故CD正确,AB错误.
故选:CD.
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:A、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A错误.
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.所以所有的同步卫星都在赤道上方同一轨道上.故C错误.
C、根据万有引力提供向心力得运转速度为v=,由于同步卫星轨道半径r>R(地球半径),故其速度一定小于第一宇宙速度,故C正确
D、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D错误.
故选C
关于同步卫星(它相对于地面静止不动),下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、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,故A正确;
B、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和速率是确定的值.故B正确.
C、卫星的速度公式v=可知同步卫星的速度小于近地卫星的环绕速度,即小于第一宇宙速度7.9km/s,故C正确;
D、根据C选项分析可知D错误.
故选:ABC.
我国曾发射地球同步卫星和试验飞船,飞船在太空飞行了21小时,环绕地球运转14圈,又顺利返回地面,那么此卫星与飞船在轨道上正常运转相比较,则( )
正确答案
解析
解:飞船的太空中飞行了21h,环绕地球运动了14圈,可以求出运动的周期为1.5h,而地球同步卫星的周期为24h,故A正确;
根据得:G=m
得:r=,
因为卫星运行周期比飞船大,所以卫星的轨道半径比飞船大,即卫星离地面高度比飞船大,故D正确;
根据G=m
得:v=,卫星的轨道半径比飞船大,所以卫星的运动速度比飞船小,故B错误;
根据G=ma得:a=
,卫星的轨道半径比飞船大,所以卫星的运动的加速度比飞船小,故C错误;
故选AD.
在地球(看作质量分布均匀的球体)上空有许多人造地球同步卫星,对于这些同步卫星说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、不同的同步卫星,它们的质量可以不等,故A正确.
B、同步卫星的周期与地球自转周期相同,根据=m
,因为T一定,所以r 必须固定,即离地面高度为定值,
根据v=,所以它们速度的大小相等,故BD错误.
C、同步卫星与赤道上的物体具有相同的周期,根据向心加速度的公式:a=,不同的同步卫星向心加速度大小相等.故C错误.
故选:A.
用m表示地球的同步卫星的质量,h表示它离地面的高度,R0表示地球的半径,g0表示地球表面的重力加速度,ω0为地球自转的角速度,该卫星所受地球的万有引力为F,则( )
正确答案
解析
解:A、该卫星所受地球的万有引力为F==
,故A错误;
B、由万有引力等于重力得:mg0=,
得到GM=g0R02,代入A项中得到F=,故B错误;
C、地球的同步卫星的角速度与地球的自转的角速度ω0相同,轨道半径为R=R0+h,则F=mω02(R0+h).故C正确;
D、地球的同步卫星的必要条件是:轨道平面必须与赤道平面重合,否则卫星在其他平面运动时,由于地球的万有引力,卫星不能保持稳定.故D错误;
故选:C.
已知地球半径R,地球的自转周期T1,近地卫星绕地球的运转周期T2,根据已知条件求:同步卫星距地面的高度h.地球表面处的重力加速度g.
正确答案
解:由,
得:
由,
整理得:
答:同步卫星距地面的高度:.
解析
解:由,
得:
由,
整理得:
答:同步卫星距地面的高度:.
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ω= 可知,角速度相同,故A正确,BCD错误;
故选:A.
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