- 万有引力与航天
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万有引力提供了卫星的向心力.已知人造地球卫星第一宇宙速度约为7.9km/s,如果一颗人造卫星离地面的8R0(R0为地球半径),它的环绕速度为______km/s.
正确答案
2.6
解析
解:地球的第一宇宙速度是卫星在近地圆轨道上的环绕速度,即轨道半径为地球半径的环绕速度,
则由
可得v=
所以第一宇宙速度是
地球半径增大到原来的9倍,所以第一宇宙速度(环绕速度)大小应为,即为原来的
倍.
因人造地球卫星第一宇宙速度约为7.9km/s,它的环绕速度为2.6m/s.
故答案为:2.6.
下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、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.
而发射越高,克服地球引力做功越大,需要的初动能也越大,故第一宇宙速度是发射人造地球卫星的最小发射速度.故A正确.
B、根据万有引力提供向心力G=m
,得v=
,轨道半径越大,速度越小,发射速度大于7.9km/s而小于第二宇宙速度时,人造卫星将在高空沿椭圆轨道运行,故B正确.
CD、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=G=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,即高度一定,且同步卫星的质量不一定相等,故CD错误.
故选:AB.
地球半径为R,地球表面重力加速度为g,则第一宇宙速度为( )
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,
根据引力等于向心力,列式得:=m
解得:v=
地表的物体受到的万有引力与物体的重力近似相等,即:=mg
则有:GM=gR
所以第一宇宙速度也可为:v=,故A正确,BCD错误;
故选:A.
关于第一宇宙速度,下列说法错误的是( )
正确答案
解析
解:A、B、人造卫星在圆轨道上运行时,运行速度为,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,人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度,故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,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、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,故在椭圆轨道上运行的卫星,在近地点的速度均大于7.9km/s,因而D错误;
本题选错误的,故选:AD.
已知某星球的平均密度是地球的m倍,半径是地球的n倍,地球的第一宇宙速度是v,该星球的第一宇宙速度为( )
正确答案
解析
解:根据G=m
,得第一宇宙速度v=
,
根据M=πr3ρ知,星球和地球的质量之比为mn3.
则第一宇宙速度之比为.
所以星球的第一宇宙速度v′=v=n
v.
故选:C.
我们在推导第一宇宙速度时,需要作一些假设,下列假设中正确的是( )
正确答案
解析
解:第一宇宙速度计算方法是:其中:M是地球的质量,R是地球的半径,得:v=
.所以:假设有两个:(1)卫星做匀速圆周运动,且需要的向心力等于地球对它的万有引力;(2)贴近地面,即:卫星的轨道半径等于地球半径.故AC正确.
故选:AC
已知火星的质量是地球质量的p倍,半径是地球半径的q倍.在地球上发射一颗卫星,其第一宇宙速度为v1,则在火星上发射一颗人造卫星,其发射速度最小是多少?
正确答案
解:设地球质量为M1,半径为R1;火星质量为M2,半径为R2
根据万有引力提供向心力:,
得
同理∴
所以
解得
答:在火星上发射一颗人造卫星,其发射速度最小是为.
解析
解:设地球质量为M1,半径为R1;火星质量为M2,半径为R2
根据万有引力提供向心力:,
得
同理∴
所以
解得
答:在火星上发射一颗人造卫星,其发射速度最小是为.
已知地球半径R、自转周期T、地球表面重力加速度g,则其第一宇宙速度为______.地球同步卫星离地面的高度为______.
正确答案
-R
解析
解:(1)卫星的重力等于向心力:
mg=m
故第一宇宙速度为:V=.
(2)同步卫星所受万有引力等于向心力:
G=m(R+h)(
)2
在地球表面上引力等于重力:
G=mg
故地球同步卫星离地面的高度为:h=-R.
故答案为:,
-R.
地球的第一宇宙速度为V,若某行星的质量是地球的6倍,半径是地球的1.5倍,则该行星的第一宇宙速度为多大?
正确答案
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:=
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;
答:该行星的第一宇宙速度为2V.
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:=
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;
答:该行星的第一宇宙速度为2V.
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BD错误,AC正确.
故选:AC.
关于第一宇宙速度,下面说法中不正确的是( )
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;
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;
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,故在椭圆轨道上运行的卫星,在近地点的速度均大于7.9km/s,故A错误,BCD正确;
本题选择错误的,故选:A.
地球的半径为R,地表的重力加速度为g,万有引力常数为G,求:
(1)第一宇宙速度(用g、R表示);
(2)卫星以第一宇宙速度环绕地球的周期(用g、R、G表示).
正确答案
解:(1)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
解得:v= ①
根据地面附近引力等于重力得:=mg ②
由①②得:v=
即第一宇宙速度表达式为v=.
(2)设质量为m 的物体在地表所受重力近似等于物体所受万有引力,即:
=mg----①
得:GM=R2g----②
根据万有引力提供向心力=m
R,----③
联立②③解得:T=2π
答:(1)地球的第一宇宙速度是v=;
(2)卫星以第一宇宙速度环绕地球的周期T=2π.
解析
解:(1)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
解得:v= ①
根据地面附近引力等于重力得:=mg ②
由①②得:v=
即第一宇宙速度表达式为v=.
(2)设质量为m 的物体在地表所受重力近似等于物体所受万有引力,即:
=mg----①
得:GM=R2g----②
根据万有引力提供向心力=m
R,----③
联立②③解得:T=2π
答:(1)地球的第一宇宙速度是v=;
(2)卫星以第一宇宙速度环绕地球的周期T=2π.
神舟十号飞船于2013年6月11日在酒泉卫星发射中心发射,3名航天员驾乘飞船与在轨运行的天宫一号目标飞行器进行载人交会对接,对接任务完成后,这个载人航天器将全面进入空间实验室和空间站研制阶段.对于载人航空航天,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、绕地表运转速度为第一宇宙速度,故飞船离开地面时的发射速度一定大于7.9km/s,故A错误;
B、由v=,飞船在圆形轨道上运动的半径大于地球半径,线速度大小一定小于7.9km/s;
C、根据,当半径越大时,周期也越大,飞船在太空中的飞行周期大于84min(最小周期),故C错误;
D、飞船与天宫一号处在同一轨道上欲要完成对接,飞船需减速,做近心运动,再加速离心运动,才能对接成功,故D错误;
故选:B.
地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动,其向心力为F1,向心加速度为a1,线速度为v1,角速度为ω1;绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星(高度忽略)其向心力为F2,向心加速度为a2,线速度为v2,角速度为ω2;地球同步卫星其向心力为F3,向心加速度为a3,线速度为v3,角速度为ω3;地球表面重力加速度为g,第一宇宙速度为v,假设三者质量相等,则( )
正确答案
解析
解:A、根据题意三者质量相等,轨道半径r1=r2<r3
物体1与人造卫星2比较,由于赤道上物体受引力和支持力的合力提供向心力,而近地卫星只受万有引力,故F1<F2 ,
再根据万有引力定律,可知,间距越大,引力越小,则有F2>F3,故A正确;
B、由选项A的分析知道向心力F1<F2 ,故由牛顿第二定律,可知a1<a2,故B错误;
C、由A选项的分析知道向心力F1<F2 ,根据向心力公式F=m,由于m、R一定,故v1<v2,故C错误;
D、同步卫星与地球自转同步,故T1=T3,根据周期公式T=2π 可知,卫星轨道半径越大,周期越大,故T3>T2,再根据ω=
,有ω1=ω3<ω2,故D正确;
故选:AD.
2010年10月1日18时59分57秒,搭载着嫦娥二号卫星的长征三号丙运载火箭在西昌卫星发射中心点火发射,卫星由地面发射后,进入地月转移轨道,经多次变轨最终进入距离月球表面100公里,周期为118分钟的工作轨道,开始对月球进行探测,下列说法不正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、第一宇宙速度为v:,解得:
,第一宇宙速度的轨道半径等于月球的半径,小于轨道Ⅲ的半径大小,所以卫星在轨道Ⅲ上的运动速度比月球的第一宇宙速度小.故A正确.
B、根据开普勒第三定律知,轨道Ⅲ的半径小于轨道Ⅰ的半长轴,所以卫星在轨道Ⅲ上的运动周期比在轨道Ⅰ上短.故B正确.
C、卫星在轨道Ⅲ上的P点需加速做离心运动可以进入轨道Ⅰ,所以卫星在轨道Ⅲ上经过P点的速度比在轨道Ⅰ上经过P点时小.故C错误.
D、卫星从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ,在P点需减速.动能减小,而它们在各自的轨道上机械能守恒,所以卫星在轨道Ⅰ上的机械能比在轨道Ⅱ上多.故D正确
本题选错误的,故选C
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