- 万有引力与航天
- 共16469题
已知地球表面的重力加速度为g,地球的半径为R,求:
(1)地球的第一宇宙速度(环绕速度);
(2)若地球自转的周期为T,求地球同步卫星的线速度和距地面的高度.
正确答案
解:(1)设地球质量为M,对于地球表面质量为m0的物体,有:…①
设质量为m的卫星绕地球做匀速圆周运动,其线速度为v,轨道半径为r,根据向心力公式有:…②
当r=R时,v为地球的第一宇宙速度,所以,根据①②式及r=R 可得,地球的第一宇宙速度为:
(2)设同步卫星质量为m′,到地心的距离为rʹ,其绕地球运行周期与地球自转周期T相同,
则:…③
由①③式得r′=
同步卫星离地高度为h=r′-R=-R
同步卫星的线速度=
=
答:(1)地球的第一宇宙速度(环绕速度);
(2)若地球自转的周期为T,求地球同步卫星的线速度,和距地面的高度
-R.
解析
解:(1)设地球质量为M,对于地球表面质量为m0的物体,有:…①
设质量为m的卫星绕地球做匀速圆周运动,其线速度为v,轨道半径为r,根据向心力公式有:…②
当r=R时,v为地球的第一宇宙速度,所以,根据①②式及r=R 可得,地球的第一宇宙速度为:
(2)设同步卫星质量为m′,到地心的距离为rʹ,其绕地球运行周期与地球自转周期T相同,
则:…③
由①③式得r′=
同步卫星离地高度为h=r′-R=-R
同步卫星的线速度=
=
答:(1)地球的第一宇宙速度(环绕速度);
(2)若地球自转的周期为T,求地球同步卫星的线速度,和距地面的高度
-R.
关于三个宇宙速度,以下说法错误的是( )
正确答案
解析
解:A、根据G=m
,可得卫星的线速度v=
,故轨道半径越大卫星的运行速度越小,
而第一宇宙速度是卫星沿地球表面运动时的速度,所以第一宇宙速度是人造地球卫星最大的运行速度,故A正确;
B、7.9km/s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,故B正确.
C、由于第二宇宙速度是地球的逃逸速度,即当卫星的速度大于等于第二宇宙速度时卫星脱离地球的吸引而进入绕太阳运行的轨道,故C错误.
D、当物体的速度大于等于第三宇宙速度速度16.7km/m时物体将脱离太阳的束缚.故D正确.
本题选择错误的,故选:C.
人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,其运行速率为( )
正确答案
解析
解:设地球的质量为M,卫星的质量为m,地球的半径为R,卫星的轨道为r,速率为v.地球的第一宇宙速度为v1,
则有 G=m
,得v=
当r=R时,v=v1==7.9×103m/s
而实际中卫星的轨道r≥R,则v≤v1=7.9km/s,故A正确,BCD错误;
故选:A.
已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,忽略地球自转的影响.
求:(1)地球的第一宇宙速度v;
(2)若一颗人造地球卫星离地面的高度为h,卫星做匀速圆周运动,求该卫星的周期T.
正确答案
解:(1)设一质量为m的卫星,在地面附近绕地球做匀速圆周运动时,物体受到的万有引力近似等于重力,根据牛顿第二定律有:
解得:
(2)设卫星的质量为m′,地球的质量为M,根据万有引力定律和牛顿第二定律有:
质量为m的卫星,在地面附近时,根据万有引力定律有:
解得卫星的周期为:
答:(1)地球的第一宇宙速度v为;
(2)该卫星的周期T为.
解析
解:(1)设一质量为m的卫星,在地面附近绕地球做匀速圆周运动时,物体受到的万有引力近似等于重力,根据牛顿第二定律有:
解得:
(2)设卫星的质量为m′,地球的质量为M,根据万有引力定律和牛顿第二定律有:
质量为m的卫星,在地面附近时,根据万有引力定律有:
解得卫星的周期为:
答:(1)地球的第一宇宙速度v为;
(2)该卫星的周期T为.
地球和月球的质量之比是81:1,半径之比是4:1,则在地球和月球上发射卫星所需要最小速度之比______.
正确答案
9:2
解析
解:近地卫星的向心力由万有引力提供,则
G=m
,
则有v=
“近月卫星”的向心力由万有引力提供,则
G=m
,
则有,v′=
所以=
;
故答案为:9:2.
关于第一宇宙速度,下列说法中正确的是( )
①它是人造地球卫星绕地球作匀速圆周运动的最大速度
②它是人造地球卫星绕地球作匀速圆周运动的最小速度
③它是使人造地球卫星绕地球运行的最小发射速度
④它是使人造地球卫星绕地球作椭圆轨道运行时在近地点的速度.
正确答案
解析
解:①、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,故①正确,②错误;
③、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③正确.
④、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,所以7.9km/s不是卫星在椭圆轨道上运行时在近地点的速度,故④错误.
故选:A.
关于地球的第一宇宙速度,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:由万有引力提供向心力G=m
,
得:v=,所以第一宇宙速度是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度,是人造地球卫星在圆轨道上运行的最大速度,是卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度.故BD错误,AC正确;
故选:AC.
已知地球半径为R,质量为M,自转角速度为ω,地面重力加速度为g,万有引力恒量为G,地球同步卫星的运行速度为v,则第一宇宙速度的值可表示为( )
正确答案
解析
解:A、卫星绕地球表面运行,即卫星轨道半径等于地球半径时的速度是地球的第一宇宙速度.
卫星绕地球做圆周运动的向心力由地球对它的万有引力提供列出等式,
=
v=…①
根据地球表面万有引力等于重力列出等式:=mg…②
由①②得v=,故A正确,C错误;
B、对同步卫星有万有引力提供向心力得:=m
…③
同步卫星的角速度等于地球自转角速度,所以:v=ωr…④
由③④得:GM=,
所以v=,故B错误;
D、根据地球表面万有引力等于重力列出等式:=mg
R=…⑤
由①⑤得:v=,故D正确;
故选:AD.
关于第一宇宙速度,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、人造卫星在圆轨道上运行时,运行速度v=,轨道半径越小,速度越大,故第一宇宙速度是卫星在圆轨道上运行的最大速度,也是近地轨道运行的线速度,故A错误,B正确.
C、轨道半径越大,卫星的机械能越大,故发射速度越大.所以第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度.故C正确.
D、把卫星发射到越远的地方,克服引力做功越多,所以需要发射的速度越大,越不容易.故D错误.
故选BC.
一宇航员在某星球上以速度v0竖直上抛一物体,经t秒落回原处,已知该星球半径为R,那么该星球的第一宇宙速度是( )
正确答案
解析
解:小球做竖直上抛运动,有:v0=g
解得:g=
星球表面的小球所受重力等于星球对小球的吸引力,则有:mg=
得:M=
物体在星球表面附近能做匀速圆周运动,其向心力由星球的吸引力提供,则有:=m
v==
=
.
故选:B.
关于地球第一宇宙速度,下例说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由万有引力提供向心力得v=
所以第一宇宙速度是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度,是人造地球卫星在圆轨道上运行的最大速度,故A错误,B正确;
C、第一宇宙速是能使卫星进入轨道的最小发射速度,故C正确,D错误
故选:BC.
第一宇宙速度又叫做环绕速度,第二宇宙速度又叫做逃逸速度.理论分析表明,逃逸速度是环绕速度的倍.这个关系对于其他天体也是正确的.当天体的逃逸速度大于光速c时,即使它在发光,光也不能进入太空,我们也根本看不到它.这种天体称为黑洞.对于一个质量为M的球状天体,当其半径R满足是什么条件时会成为一个黑洞?已知万有引力常量为G.
正确答案
解:设第一宇宙速度为v1,有
G=m
得到 v1=
由题得第二宇宙速度v2=v1
又由题:星体成为黑洞的条件为v2>c
即•
>c
解得:R<
答:对于一个质量为M的球状天体,当其半径R<时会成为一个黑洞.
解析
解:设第一宇宙速度为v1,有
G=m
得到 v1=
由题得第二宇宙速度v2=v1
又由题:星体成为黑洞的条件为v2>c
即•
>c
解得:R<
答:对于一个质量为M的球状天体,当其半径R<时会成为一个黑洞.
关于第一宇宙速度,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:ABD、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,也是近地圆轨道上人造卫星的运行速度,故A正确,BD错误;
C、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C错误.
故选:A.
试推导人造地球卫星的第一宇宙速度(即环绕速度).已知:地球半径为R,质量为M,地球表面附近的重力加速度为g,万有引力常量为G.
正确答案
解:设卫星的质量是m,
地球的第一宇宙速度是v,
由牛顿第二定律可得:
G=m
,
解得:v=
因地球表面附近的重力加速度为g,万有引力常量为G.
由
那么v==
;
答:人造地球卫星的第一宇宙速度,或
.
解析
解:设卫星的质量是m,
地球的第一宇宙速度是v,
由牛顿第二定律可得:
G=m
,
解得:v=
因地球表面附近的重力加速度为g,万有引力常量为G.
由
那么v==
;
答:人造地球卫星的第一宇宙速度,或
.
关于第一宇宙速度,下列说法错误的是( )
正确答案
解析
解:AB中、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,由于半径最小,故第一宇宙速度是卫星在圆轨道上运行的最大速度,同时也是卫星在近地圆轨道运行的速度,故AB正确;
C、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C正确.
D、根据克服地球的引力做功,可知当越远需要克服引力做功越多,所以发射到越远的地方越不容易,故D错误.
本题选择错误的,故选:D
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