- 万有引力与航天
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关于地球的第一宇宙速度,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、人造卫星绕地球做圆周运动的向心力由万有引力提供,
G=m
,人造卫星在圆轨道上运行时,运行速度v=
,可知,轨道半径r越大,速度越小,当卫星绕地球表面运行,
即轨道半径等于地球半径时的速度是第一宇宙速度,此时轨道半径最小,速度最大,故A正确,B错误;
C、地球的第一宇宙速度是7.9km/s,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;如果速度大于7.9km/s,而小于11.2km/s,它绕地球做椭圆运动,发射速度大于11.2km/s,卫星要脱离地球的吸引而绕太阳飞行,因此脱离地球引力束缚的最小发射速度是11.2km/s,故C正确,D错误.
故选:AC.
某星球半径是地球半径的4倍,质量是地球质量的16倍,则该星球表面的自由落体加速度是多大?该星球的“第一宇宙速度”是多大?(已知地球表面重力加速度为g=10m/s2,地球半径为R=6.4×106m)
正确答案
解:忽略星球自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式:
mg=
g=
某星球半径是地球半径的4倍,质量是地球质量的16倍,
所以该星球表面的自由落体加速度等于地球表面重力加速度,即g′=g=10m/s2,
根据万有引力提供向心力即=
v=
某星球半径是地球半径的4倍,质量是地球质量的16倍,
所以该星球第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的2倍,即v′=2v=15.8km/s.
答:该星球表面的自由落体加速度是10m/s2,该星球的第一宇宙速度是15.8km/s.
解析
解:忽略星球自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式:
mg=
g=
某星球半径是地球半径的4倍,质量是地球质量的16倍,
所以该星球表面的自由落体加速度等于地球表面重力加速度,即g′=g=10m/s2,
根据万有引力提供向心力即=
v=
某星球半径是地球半径的4倍,质量是地球质量的16倍,
所以该星球第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的2倍,即v′=2v=15.8km/s.
答:该星球表面的自由落体加速度是10m/s2,该星球的第一宇宙速度是15.8km/s.
已知地球和月球的质量分别为M和m,半径分别为R和r.地球和月球的第一宇宙速度之比为______,在地球上和月球上周期相等的单摆摆长之比为______.
正确答案
Mr2:mR2
解析
解:根据万有引力充当向心力
G=m
,
知第一宇宙速度公式v=
所以地球和月球的第一宇宙速度之比为:=
=
在星球表面上引力等于重力:
①
单摆周期公式T=2π②
由①②知摆长与质量成正比,与距离平方成反比
故地球上和月球上周期相等的单摆摆长之比为:=Mr2:mR2
故答案为:,Mr2:mR2
已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,不考虑地球自转的影响.求:
(1)地球的第一宇宙速度v1;
(2)若卫星绕地球做匀速圆周运动,运行轨道距离地面高度为h,求卫星的运行周期T.
正确答案
解:(1)卫星绕地球表面附近做匀速圆周运动时受到的万有引力近似等于重力,设飞船的质量为m,地球的质量为M,则有:
mg=m 解得:v1=
(2)设卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为T,
由万有引力定律和向心力得:
G=m(R+h)
解卫星的运行周期T=;
答:(1)地球的第一宇宙速度;
(2)若卫星绕地球做匀速圆周运动,运行轨道距离地面高度为h,卫星的运行周期.
解析
解:(1)卫星绕地球表面附近做匀速圆周运动时受到的万有引力近似等于重力,设飞船的质量为m,地球的质量为M,则有:
mg=m 解得:v1=
(2)设卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为T,
由万有引力定律和向心力得:
G=m(R+h)
解卫星的运行周期T=;
答:(1)地球的第一宇宙速度;
(2)若卫星绕地球做匀速圆周运动,运行轨道距离地面高度为h,卫星的运行周期.
下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据mg=m可知v=
=7.9km/s,故第一宇宙速度为7.9km/s,故A错误;
B、根据G=m
,可得人造卫星的速度v=
,即轨道半径r越大卫星运行的速度v越小.而第一宇宙速度是人造卫星贴近地球表面运行时的速度,故第一宇宙速度是卫星最大的环绕速度,因此运行的人造地球卫星的运行速度小于第一宇宙速度,故B正确
C、太阳系中的行星,均受到太阳的引力作用,从而做匀速圆周运动.故C正确.
D、目前为止,人类到达过地球以外的星球有月球,而火星只是探测器到达,故D错误;
故选:BC.
发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步圆轨道3,轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点,如图所示.则以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、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,设卫星的质量为m、轨道半径为r、地球质量为M,有:G=ma=m
=m
;
解得:v= 轨道3半径比轨道1半径大,卫星在轨道1上线速度较大,因此需要在椭圆轨道2的近地点Q和远地点P分别点火加速一次,故A正确;
B、根据上式可知,轨道3半径比轨道1半径大,卫星在轨道3上线速度较小,卫星在圆轨道3上正常运行速度要小于在圆轨道1上正常运行的速度,故B错误;
C、根据卫星由圆轨道1的速度为7.9km/s,卫星在椭圆轨道2上的近地点Q,要作离心运动,则其的速度一定大于7.9km/s,而在远地点P,半径大于地球半径,线速度一定小于7.9km/s,故C正确;
D、根据牛顿第二定律和万有引力定律得:a=,所以卫星在轨道2上经过Q点的加速度等于在轨道1上经过Q点的加速度.故D正确.
故选:ACD.
第一宇宙速度(环绕速度):v1=______km/s,是人造卫星的______发射速度,也是绕地球飞行的______速度.
正确答案
7.9
最小
最大
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,大小为7.9km/s;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;由卫星运行的速度表达式v=知,它是人造地球卫星在圆轨道上运行的最大速度.
故答案为:7.9,最小,最大
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、D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A正确,BD错误;
C、第一宇宙速度是最小的发射速度,故C错误.
本题选错误的,故选:BCD
1990年5月,紫金山天文台将他们发现的第2752号小行星命名为吴健雄星,若将此小行星和地球看质量分布均匀的球体,小行星密度与地球相同,已知地球与小行星的半径之比为k,则地球与小行星的第一宇宙速度之比为( )
正确答案
解析
解:设小行星的第一宇宙速度为V2,质量为M,地球质量为M0.
则有G=m
,
解得:V2=;
而地球的第一宇宙速度V1=
M=ρπR3,M0=
ρπR03.
故=
=k,则D正确,ABC错误;
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: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,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,故第一宇宙速度是发射人造地球卫星的最小的发射速度,故A正确;
B、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B正确;
C、第一宇宙速度是地球近地卫星的运行速度,同步卫星的轨道半径比较大,根据v=
,则同步卫星的速度比较小,故C错误;
D、根据第一宇宙速度公式度,不同的行星质量M和半径R不同,故第一宇宙速度不同,故D正确.
故选:ABD.
地球质量为M,半径为r,万有引力常量为G,发射一颗绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星,卫星的速度称为第一宇宙速度.
(1)试推导由上述各量表达的第一宇宙速度的计算式,要求写出推导依据.
(2)若已知第一宇宙速度的大小为v=7.9km/s,地球半径R=6.4×106m,万有引力恒量G=6.67×10-11 N•m2/kg2,求地球质量(结果要求二位有效数字).
正确答案
解:(1)因为卫星绕地球表面附近做圆周运动,所以可认为其轨道半径是地球的半径R.
由万有引力提供卫星做圆周运动的向心力得:=m
得:v=
(2)由v= 得:
地球质量M=:
代入数据得:M=6.0×1024kg
答:(1)第一宇宙速度的计算式:v=;
(2)地球的质量为:M=6.0×1024kg.
解析
解:(1)因为卫星绕地球表面附近做圆周运动,所以可认为其轨道半径是地球的半径R.
由万有引力提供卫星做圆周运动的向心力得:=m
得:v=
(2)由v= 得:
地球质量M=:
代入数据得:M=6.0×1024kg
答:(1)第一宇宙速度的计算式:v=;
(2)地球的质量为:M=6.0×1024kg.
假设地球赤道上有一物体随地球自转时的线速度为v1,地球同步卫星的线速度为v2,第一宇宙速度为v3.则关于这三个速度的大小关系,下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:比较观测站和同步卫星,因为周期相同角速度相同,根据v=rω可知,轨道半径大的同步卫星线速度大于观测站的线速度,即v3>v1,同步卫星的轨道高度大于近地卫星的轨道高度,据G=m
得线速度v= 知,近地卫星线速度大于同步卫星线速度,故v3>v2>v1,故B正确,ACD均错误.
故选:B.
火星的质量是地球质量的,火星半径是地球半径的
,地球的第一宇宙速度是V,则火星的第一宇宙速度为______.
正确答案
解析
解:设地球质量为M,半径为R;第一宇宙速度为围绕星球做圆周运动的最大速度,此时物体运动轨道半径等于星球的半径,根据万有引力提供向心力有:,
可知地球第一宇宙速度的表达式为:
,
故火星第一宇宙速度为:
=
,
故答案为:v.
第一宇宙速度是指( )
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G=m
;
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.
第一宇宙速度,又叫环绕速度其值大小是7.9km/s;
第二宇宙速度,又叫脱离速度其值大小是11.2km/s;
第三宇宙速度是物体逃离太阳的最小速度.又叫逃逸速度其值大小是16.7km/s,故D正确,ABC错误;
故选:D.
已知地球同步卫星的轨道半径是地球半径的k倍,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AC、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:=m
解得:v=,其中r为同步卫星的轨道半径.
地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍,即r=kR,所以v==
而第一宇宙速度为:
所以第一宇宙速度是同步卫星运行线速度的 倍.故A错误,C正确.
BD、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=
=
所以地球表面附近的重力加速度是同步卫星向心加速度的k2倍.故B、D错误.
故选:C.
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