- 万有引力与航天
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关于第一宇宙速度,下面说法正确的是( )
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,B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,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CD错误;
故选:B.
某星的半径是地球的1.21倍,质量为地球的0.81倍,该星表面的自由加速度是多大?该星的第一宇宙速度是多大?
正确答案
解:(1)根据在星体表面忽略自转影响重力等于万有引力知
mg=
故重力加速度g与其质量M成正比,与其半径的平方成反比,
因此某星表面的自由落体加速度g′=g地×0.81×()2m/s2=5.4m/s2;
(2)由万有引力充当向心力知=
得v=
所以 V金=v地=0.82v地=0.82×7.9km/s=6.5km/s;
答:金星表面的自由落体加速度8.9m/s2,金星的第一宇宙速度是6.5km/s.
解析
解:(1)根据在星体表面忽略自转影响重力等于万有引力知
mg=
故重力加速度g与其质量M成正比,与其半径的平方成反比,
因此某星表面的自由落体加速度g′=g地×0.81×()2m/s2=5.4m/s2;
(2)由万有引力充当向心力知=
得v=
所以 V金=v地=0.82v地=0.82×7.9km/s=6.5km/s;
答:金星表面的自由落体加速度8.9m/s2,金星的第一宇宙速度是6.5km/s.
关于第一宇宙速度下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:第一宇宙速度是人造地球卫星紧贴地球表面做圆周运动的速度.
根据
得v=
故轨道半径越大,运行速度越小.
故第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最大速度.
故A错误B正确.
根据
故T=
可得紧贴地面运动的卫星的周期T=5077.58s=84.6min<24h
故同步卫星的轨道半径远大于地球半径.
故同步卫星绕地球飞行的速度小于第一宇宙速度.
故C错误.
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D错误.
故选B.
关于第一宇宙速度,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:已知第一宇宙速度的公式是v1=①
根据万有引力等于重力得:mg=②
由①②得:v1=(米/秒),将g=9.8米/秒,R=6.4×106米代入速度公式
即V1=7.9km/s,
由于第一宇宙速度绕地球距离最小,所以它是卫星被发射的最小速度,但根据v=可知,当半径越大时,其运动速度越小.所以它是卫星能绕地球做匀速圆周运动的最大速度,故AC错误,BD正确.
故选:BD.
第一宇宙速度为v0;地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a1;地球的半径为R;同步卫星离地心的距离为r,运行速率为v,加速度为a2;则下列比值正确的是( )
正确答案
解析
解:A、因为地球同步卫星的角速度和地球赤道上的物体随地球自转的角速度相同,
由a1=ω2R,a2=ω2r可得,
,故A正确,B错误.
C、对于地球同步卫星和以第一宇宙速度运动的近地卫星,由万有引力提供做匀速圆周运动所需向心力得到:
=m
v=,M为地球质量,r为轨道半径.
,故C错误,D正确.
故选AD.
设地球的质量为M,半径为R,则环绕地球飞行的第一宇宙速度v的表达式为______;某行星的质量约为地球质量的,半径约为地球半径的
,那么在此行星上的“第一宇宙速度”与地球上的第一宇宙速度之比为______(已知万有引力常量为G).
正确答案
1:
解析
解:万有引力提供向心力,故:,故v=
;因此,行星上的“第一宇宙速度”与地球上的第一宇宙速度之比为:
故答案为:
人造卫星以第一宇宙速度环绕地球运动.关于这个卫星的运动情况,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力G=m
=mω2r=ma=m
r,
得v=,ω=
,a=
,T=2π
,由此可知,地面越远的卫星,轨道半径越大,则线速度越小、角速度越小、向心加速度越小,而周期越大,
A、卫星以第一宇宙速度环绕地球运动,轨道半径最小,故周期小于其它环绕周期,故A正确;
B、只有同步卫星在赤道平面内运动,故B错误;
C、所受的万有引力等于它环绕地球运动所需的向心力,才能做匀速圆周运动,故C错误;
D、其运行周期小于地球的自转周期,故D错误;
故选:A.
使物体脱离行星的引力束缚,不再绕该行星运行,从行星表面发射所需的最小速度称为第二宇宙速度,行星的第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系是v2=v1.已知某行星的半径为地球半径的三倍,即r=3R,它表面的重力加速度为地球表面重力加速度的
.不计其他行星的影响,已知地球的第一宇宙速度为8km/s,则该行星的第二宇宙速度为( )
正确答案
解析
解:设某星球的质量为M,半径为r,绕其飞行的卫星质量m,
由万有引力提供向心力得:G=m
解得:v1=…①
又因它表面的重力加速度为地球表面重力加速度g的.
得:=m
g…②
v2=v1…③
由①②③解得:v2==
,
而为地球的第一宇宙速度,故v2=8km/s,故A正确,BCD错误.
故选:A.
若某行星的质量是地球质量的6倍,半径是地球半径的1.5倍,则此行星的第一宇宙速度约为( )
正确答案
解析
解:设地球质量M,某星球质量6M,地球半径r,某星球半径1.5r
由万有引力提供向心力做匀速圆周运动得:=m
,
解得:卫星在圆轨道上运行时的速度公式v=
分别代入地球和某星球的各物理量得:v地球=
v星球= 解得:v星球=2v地球
即该行星的第一宇宙速度约为16km/s.
故选:D.
人类第一次登上月球时,宇航员在月球表面做了一个实验:将一片羽毛和一个铁锤从同一个高度由静止同时释放,二者几乎同时落地.若羽毛和铁锤是从高度为h处下落,经时间t落到月球表面.已知引力常量为G,月球的半径为R,不考虑月球自转.求
(1)求月球表面的自由落体加速度大小g月;
(2)月球的质量M;
(3)月球的“第一宇宙速度”大小v.
正确答案
解:(1)月球表面附近的物体做自由落体运动 h=g月t2
月球表面的自由落体加速度大小 g月=
(2)若不考虑月球自转的影响 G=mg月
月球的质量 M=
(3)质量为m′的飞行器在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动m′g月=m′
月球的“第一宇宙速度”大小 v==
答:(1)求月球表面的自由落体加速度大小为;
(2)a.月球的质量为;
(3)月球的“第一宇宙速度”大小为.
解析
解:(1)月球表面附近的物体做自由落体运动 h=g月t2
月球表面的自由落体加速度大小 g月=
(2)若不考虑月球自转的影响 G=mg月
月球的质量 M=
(3)质量为m′的飞行器在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动m′g月=m′
月球的“第一宇宙速度”大小 v==
答:(1)求月球表面的自由落体加速度大小为;
(2)a.月球的质量为;
(3)月球的“第一宇宙速度”大小为.
已知月球的质量为7.35×1022kg,月球的半径为1.74×106m,如果将大炮安置在月球表面,发射出的炮弹速度为1.5km/s,试通过计算确定,这样的炮弹能否成为人造月球卫星?
正确答案
解:在月球表面绕月球做匀速圆周运动的卫星所需向心力由月球对它的万有引力来提供.
即:G=m
则有:v1==
=1.68×103m/s=1.68km/s>1.5km/s,
因此不能成为人造月球卫星;
答:这样的炮弹不能成为人造月球卫星.
解析
解:在月球表面绕月球做匀速圆周运动的卫星所需向心力由月球对它的万有引力来提供.
即:G=m
则有:v1==
=1.68×103m/s=1.68km/s>1.5km/s,
因此不能成为人造月球卫星;
答:这样的炮弹不能成为人造月球卫星.
所谓的地球第一宇宙速度的大小为______km/s,它是人造地球卫星的______,也是卫星绕地球运动的______.
正确答案
7.9
最小发射速度
最大环绕速度
解析
解:根据引力提供向心力,则有=m
再由黄金代换,GM=gR2
由上两式可知:
将g=9.8米/秒,R=6.4×106米代入速度公式v1=,
即V1=≈7.9×103m/s=7.9km/s.
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;
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;
故答案为7.9,最小发射速度,最大环绕速度.
已知引力常量G,月球中心到地球中心的距离r和月球绕地球运行的周期T,月球的半径R和月球表面的重力加速度g,忽略月球和地球的自转,利用这些数据可以估算出的物理量有 ( )
正确答案
解析
解:A、在月球表面重力和万有引力相等,即mg=G
所以能求出月球的质量.故A正确
B、月球绕地球运行,根据万有引力提供向心力可得:
=m
,所以能求出地球的质量.故B正确
C、地球的第一宇宙速度v=,地球半径不知道,所以无法求出地球的第一宇宙速度.故C错误
D、根据圆周运动知识得:月球绕地球运行速度的大小v=.故D正确
故选ABD.
(多选)第一宇宙速度是物体在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的速度,则有( )
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,且与地球的质量有关,而与发射物体的质量无关.故AD错误,BC正确.
故选:BC
若地球的第一宇宙速度近似等于8km/s.某人造地球卫星离地面的高度等于地球半径,则它绕地球运行的速率大约为______ km/s.若地球表面的重力加速度为10m/s2,该人造地球卫星绕地球运行的向心加速度______ m/s2.
正确答案
4
2.5
解析
解:(1)人造地球卫星在圆形轨道上运行时,由万有引力提供向心力,则有:
G=m
解得,v==
对于地球的第一宇宙速度,即为:v1=
所以 v=v1=4
km/s
(2)对人造地球卫星,根据牛顿第二定律得:
ma=G,
得加速度为a==
又mg=G
联立是两式得 a==
=2.5m/s2
故答案为:4,2.5.
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