- 万有引力与航天
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(多选)关于第一宇宙速度,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:ACD、人造卫星在圆轨道上运行时,运行速度v=,轨道半径越大,速度越小,故第一宇宙速度是卫星在圆轨道上运行的最大速度,如果是椭圆轨道,则在近地点的速度会大于第一宇宙速度;故A错误,C也错误,D正确.
B、物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度,在地面附近发射飞行器,如果速度等于7.9km/s,飞行器恰好做匀速圆周运动,如果速度小于7.9km/s,就出现万有引力大于飞行器做圆周运动所需的向心力,做近心运动而落地,所以发射速度不能小于7.9km/s,故B正确.
故选:BD.
若宇航员在月球表面附近自高h处以初速度v0水平抛出一个小球,测出小球的水平射程为L.已知月球半径为R,万有引力常量为G,则可得月球的质量M月=______,月球的第一宇宙速度vy=______.
正确答案
解析
解:平抛运动的时间为:t=.再根据h=
gt2得:
g月=.
由g月= 与上式联立得:
M月=.
第一宇宙速度:v==
.
故答案为:;
.
理论研究表明第二宇宙速度是第一宇宙速度的倍.火星探测器悬停在距火星表面高度为h处时关闭发动机,做自由落体运动,经时间t落到火星表面.已知引力常量为G,火星的半径为R.若不考虑火星自转的影响,要使探测器脱离火星飞回地球,则探测器从火星表面的起飞速度至少为( )
正确答案
解析
解:AB、根据运动学公式,结合高度为h处探测器,经时间t落到火星表面,
则火星表面的重力加速度g火=;
根据公式v==
=
,
则探测器从火星表面的起飞速度至少v=
,故A正确,B错误;
C、速度7.9km/s与11.2km/s是地球的第一宇宙速度与第二宇宙速度,故CD错误;
故选:A.
同步通信卫星相对于地面静止不动,犹如悬在高空中,下列说法中错误的是( )
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,所以各国的同步卫星都在同一圆周上运动,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是确定的值,所以同步卫星的高度是唯一的.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、同步通信卫星加速度大小a=ω2r,所以同步通信卫星加速度大小是唯一的.故C正确
D、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D错误.
本题选错误的,故选D
关于第一宇宙速度,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:ACD、人造卫星在圆轨道上运行时,运行速度为:v=,轨道半径越大,速度越小,故第一宇宙速度是卫星在圆轨道上运行的最大速度,不是同步卫星速度,故ACD错误;
B、物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度,在地面附近发射飞行器,如果速度等于7.9km/s,飞行器恰好做匀速圆周运动,如果速度小于7.9km/s,就出现万有引力大于飞行器做圆周运动所需的向心力,做近心运动而落地,所以发射速度不能小于7.9km/s;故B正确.
故选:B.
新型火星探测器“好奇号”经过八个半月的旅行着陆火星表面,已知“好奇号”质量为M,在火星表面附近竖直下降速度为v0时,启动火箭引擎产生推力F,经过时间t,减速为零恰好安全着陆,若火星的半径为R,结合以上信息,则在火星表面发射一颗环绕卫星,它的最小发射速度应为( )
正确答案
解析
解:在火星表面附近竖直下降速度为v0时,启动火箭引擎产生推力F,经过时间t,减速为零恰好安全着陆,
因此v0=at;
由牛顿第二定律有:F-mg=ma
由以上二式可得该星球表面的重力加速度g=;
第一宇宙速度就是卫星贴近该星球表面飞行的速度,根据万有引力提供向心力,有:
G=m
得:v=
由黄金代换,GM=R2g
得:v==
,故A正确,BCD错误;
故选:A.
关于第一宇宙速度,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:由万有引力提供向心力G=m
得:v=
,第一宇宙速度是从地球表面发射人造地球卫星的最小发射速度,是人造地球卫星绕地球飞行的最大环绕速度,也是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度,所以BCD正确,A错误;
故选:BCD
关于第一宇宙速度,下面说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度,在地面附近发射飞行器,如果速度大于7.9km/s,而小于11.2km/s,它绕地球飞行的轨迹就不是圆,而是椭圆.
A、人造卫星在圆轨道上运行时,运行速度v=,轨道半径越大,速度越小,故第一宇宙速度是卫星在圆轨道上运行的最大速度,因而A错误;
BC、故它是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度,也是卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度,因而BC正确;
D、如果物体速度大于11.2km/s,摆脱地球引力所必须具有的速度,故D错误;
故选:BC.
如图所示,2013年12月14日,嫦娥三号探测器的着陆器经100公里的环月轨道I上开启发动机实施变轨,进入椭圆轨道II,在15公里的近月点P开启发动机反推减速,经姿态控制,缓慢下降、悬停、自由下落后着陆成功,若已知月球表面重力加速度g和月球半径R以及万有引力常量G,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在100m之前,发动机为反推力,与运动方向相反,故发动机做负功,机械能减小,而在100m之后,发动机还是反推力,还是做负功,机械能还是减小,故A错误;
B、根据第一宇宙速度的概念,及G,可知,随着半径越大,则运行的速率越小,因此在100公里环月轨道I上的速率还小于第一宇宙速度,故B错误;
C、根据万有引力定律,则G=mg,可求出月球的质量,再由
,即可求解平均密度,故C正确;
D、在月球上因为没有空气,所以不会受到阻力,故不能利用降落伞实现软着陆,故D错误;
故选:C.
天王星是从太阳系由内向外的第七颗行星,有很多卫星.已知一颗卫星绕天王星做匀速圆周运动,它离天王星表面的高度h,运动周期为T,天王星的半径为R,试求:
(1)该卫星运行速度;
(2)天王星的第一宇宙速度.
正确答案
解:(1)根据线速度与周期的关系得:
该卫星运行速度v=
(2)在天王星表面绕天王星做匀速圆周运动时,根据万有引力提供向心力得:
①
根据万有引力提供向心力得:
②
由①②解得:
v′=
答:(1)该卫星运行速度为;
(2)天王星的第一宇宙速度为.
解析
解:(1)根据线速度与周期的关系得:
该卫星运行速度v=
(2)在天王星表面绕天王星做匀速圆周运动时,根据万有引力提供向心力得:
①
根据万有引力提供向心力得:
②
由①②解得:
v′=
答:(1)该卫星运行速度为;
(2)天王星的第一宇宙速度为.
神舟九号飞船于2012年6月16日从酒泉卫星发射中心发射升空,先后与天宫一号目标飞行器成功进行了自动和手动两次对接.图为对接前天宫一号、神舟九号飞船围绕地球沿圆轨道运行的示意图,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:设卫星的质量为m、轨道半径为r、地球质量为M,人造卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,则有
G=m
=mrω2=ma=m
r
A、v=,所以天宫一号的速率小于神舟九号飞船的速率,故A错误;
B、a=,所以天宫一号的加速度小于神舟九号飞船的加速度,故B错误;
C、T=2π,所以天宫一号的周期大于神舟九号飞船的周期,故C正确;
D、不清楚天宫一号和神舟九号飞船的质量关系,所以天宫一号的机械能和天宫一号的机械能关系不清楚,故D错误
故选:C
关于第一宇宙速度,下面说法正确的是( )
正确答案
解析
解:物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度,在地面附近发射飞行器,如果速度大于7.9km/s,而小于11.2km/s,它绕地球飞行的轨迹就不是圆,而是椭圆.
故它是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度,也是卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度.
A、第一宇宙速度是靠近地球表面圆轨道上的运行速度,故A正确.
B、根据卫星圆轨道上的速度公式v=可知,当R最小为地球半径时,卫星的速度v最大,第一宇宙速度是绕地球做圆周运动的最大速度,故B错误;
C、D、人造卫星发射速度等于第一宇宙速度时卫星可以在近地轨道上做圆周运动,当飞射速度大于7.9km/s,而小于11.2km/s,它绕地球飞行的轨迹就不是圆,而是椭圆.所以第一宇宙速度是发射卫星所需要的最小地面发射速度.故C正确,D错误.
故选:AC.
已知地球的质量为M,半径为R,表面的重力加速度为g,那么地球的第一宇宙速度的表达式有( )
正确答案
解析
解:第一宇宙速度是卫星在近地圆轨道上的环绕速度,
根据万有引力提供向心力得:
=m
v= ①
根据地面附近引力等于重力得:
=mg ②
由①②得:
v=
故选AD.
一物体在某行星的赤道上,随该行星自转时受到的该行星对他的万有引力是它重力的1.04倍,已知该行星自转的周期为T,行星的半径为R,把该行星看成一个球体,则该行星的第一宇宙速度为( )
正确答案
解析
解:由题意可知,物体在行星的赤道上做匀速圆周运动的向心力大小:Fn=-mg=0.04mg
根据匀速圆周运动,则有物体在行星的赤道上的线速度大小:v=
再由牛顿第二定律,则有:m=Fn;
又因行星的第一宇宙速度为v′=
从而解得:v′=,故C正确,ABD错误;
故选:C.
关于第一宇宙速度,下面说法,以下说法中正确的有( )
正确答案
解析
解:物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度,在地面附近发射飞行器,如果速度大于7.9km/s,而小于11.2km/s,它绕地球飞行的轨迹就不是圆,而是椭圆.故它是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度,也是卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度.
A、根据卫星圆轨道上的速度公式v=可知,当R最小为地球半径时,卫星的速度v最大,第一宇宙速度是绕地球做圆周运动的最大速度,故A错误.
B、第一宇宙速度是靠近地球表面圆轨道上的运行速度,故B正确;
C、是卫星在圆轨道上运行时在近地点的速度,并不是椭圆轨道,故C错误;
D、人造卫星发射速度等于第一宇宙速度时卫星可以在近地轨道上做圆周运动,当飞射速度大于7.9km/s,而小于11.2km/s,它绕地球飞行的轨迹就不是圆,而是椭圆.所以第一宇宙速度是发射卫生所需要的最小地面发射速度.故D正确.
故选:BD.
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