3.4人造卫星宇宙速度
达标作业(解析版)
1.利用三颗位置适当的地球同步卫星,可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯,目前地球同步卫星的轨道半径为地球半径的6.6倍,假设地球的自转周期变小,若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的,则地球自转周期的最小值约为
A.1h B.4h C.8h D.16h
2.据报道,2020年前我国将发射8颗海洋系列卫星,包括2颗海洋动力环境卫星和2颗海陆雷达卫星(这4颗卫星均绕地球做匀速圆周运动),以加强对黄岩岛、钓鱼岛及西沙群岛全部岛屿附近海域的监测。设海陆雷达卫星的轨道半径是海洋动力环境卫星的n倍,下列说法正确的是( )
A.在相同时间内,海陆雷达卫星到地心的连线扫过的面积与海洋动力环境卫星到地心的连线扫过的面积相等
B.海陆雷达卫星做匀速圆周运动的半径的三次方与周期的平方之比等于海洋动力环境卫星做匀速圆周运动的半径的三次方与周期的平方之比
C.海陆雷达卫星与海洋动力环境卫星角速度之比为
D.海陆雷达卫星与海洋动力环境卫星周期之比为
3.如图,宇宙飞船A在低轨道上飞行,为了给更高轨道的宇宙空间站B输送物质,需要与B对接,它可以采用喷气的方法改变速度,从而达到改变轨道的目的,则以下说法正确的是( )
A.它应沿运行速度方向喷气,与B对接后周期比低轨道小
B.它应沿运行速度的反方向喷气,与B对接后周期比低轨道大
C.它应沿运行速度方向喷气,与B对接后周期比低轨道大
D.它应沿运行速度的反方向喷气,与B对接后周期比低轨道小
4.某行星的自转周期为T,赤道半径为R.研究发现,当该行星的自转角速度变为原来的2倍时会导致该行星赤道上的物体恰好对行星表面没有压力,已知引力常量为G.则
A.该行星的质量为
B.该行星的同步卫星轨道半径为
C.质量为m的物体对行星赤道地面的压力为
D.环绕该行星做匀速圆周运动的卫星的最大线速度为7.9km/s
5.各行星绕太阳运转的轨道如图所示,假设图中各行星只受太阳引力,并绕太阳做匀速圆周运动.下列说法中正确的是
A.离太阳越近的行星运行周期越小
B.离太阳越近的行星运行周期越大
C.离太阳越近的行星角速度越小
D.各行星运行的角速度相同
6.如图所示,同步卫星与地心的距离为,运行速率为,向心加速度为;地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为,第一宇宙速度为,地球半径为R,则( ).
A.
B.
C.
D.
7.已知甲、乙两行星的半径之比为2:1,环绕甲、乙两行星表面运行的两卫星周期之比力4:1,则下列结论中正确的是( )
A.甲、乙两行星表面卫星的动能之比为1:4
B.甲、乙两行星表面卫星的角速度之比为1:4
C.甲、乙两行星的质量之比为1:2
D.甲、乙两行星的第一宇宙速度之比为2:1
8.随着人类科技的发展,我们已经能够成功发射宇宙飞船取探知未知星球;如图所示为某飞船发射到某星球的简要轨道示意图;该飞船从地面发射后奔向某星球后,先在其圆形轨道Ⅰ上运行,在P点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,Q点为轨道Ⅱ上离星球最近的点,则下列说法正确的是( )
A.在P点时飞船需突然加速才能由轨道Ⅰ进入轨道II
B.在P点时飞船需突然减速才能由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ
C.飞船在轨道Ⅱ上由P到Q的过程中速率不断增大
D.飞船通过圆形轨道Ⅰ和椭圆轨道Ⅱ上的P点时加速度相同
9.我国发射的“嫦娥三号”登月探测器靠近月球后,先在月球表面附近的近似圆轨道上绕月运行;然后经过一系列过程,在离月面4 m高处做一次悬停(可认为是相对于月球静止);最后关闭发动机,探测器自由下落。已知探测器的质量约为1.3×103 kg,地球质量约为月球的81倍,地球半径约为月球的3.7倍,地球表面的重力加速度大小约为9.8 m/s2。则此探测器( )
A.在着陆前的瞬间,速度大小约为8.9 m/s
B.悬停时受到的反冲作用力约为2.1×103 N
C.从离开近月圆轨道到着陆这段时间内,机械能守恒
D.在近月圆轨道上运行的线速度小于人造卫星在近地圆轨道上运行的线速度
10.2016年10月19日3时31分,神舟十一号载人飞船与天宫二号空间实验室成功实现自动交会对接,此时天宫二号绕地飞行一圈时间为92.5min,而地球同步卫星绕地球一圈时间为24h,根据此两组数据我们能求出的是
A.天宫二号与地球同步卫星受到的地球引力之比
B.天宫二号与地球同步卫星的离地高度之比
C.天宫二号与地球同步卫星的线速度之比
D.天宫二号与地球同步卫星的加速度之比
11.2018年6月14日11时06分,探月工程嫦娥四号任务“鹊桥”中继星成功实施轨道捕获控制,进入环绕距月球的地月拉格朗日点的使命轨道,成为世界首颗运行在地月点轨道的卫星。“鹊桥”可为卫星、飞船等飞行器提供数据中继和测控服务,并实现科学数据实时下传至地面。若已知月球的质量为,万有引力常量为,月球的半径为,“鹊桥”卫星绕月球转圈所用的时间为,求:
(1)“鹊桥”卫星的周期?
(2)“鹊桥”卫星离月球表面的高度?
(3)“鹊桥”卫星的线速度?
13.如图,一质量为m、电荷量为q的带负电粒子A在一圆周上绕位于圆心O点的点电荷+Q做顺时针方向、半径为R的匀速圆周运动,则粒子A绕O点做圆周运动的周期为__;质量为m、电荷量为3q的带负电粒子B在同一圆周上同向运动,某时刻A、B所在半径间的夹角为。不计彼此间的万有引力以及A、B间的库仑力。已知静电力常量为k。则经过__时间A、B之间的距离第一次达到最大。
14.2011年11月3日,“神州八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器成功实施了首次交会对接。任务完成后“天宫一号”经变轨升到更高的轨道,等待与“神州九号”第二次交会对接。变轨前和变轨完成后“天宫一号”的运行轨道均可视为圆轨道,对应的轨道半径分别为R1、R2,对应的角速度和向心加速度分别为、和、,则_____________,____________。
参考答案
1.B
【解析】
试题分析:设地球的半径为R,周期T=24h,地球自转周期的最小值时,三颗同步卫星的位置如图所示,所以此时同步卫星的半径r1=2R,由开普勒第三定律得:,可得,故A、C、D错误,B正确。
考点:万有引力定律;开普勒第三定律;同步卫星
2.B
【解析】根据可得,卫星到地心的连线扫过的面积为,半径不同,面积不同,A错误;由可知, 是一个定值,B正确;根据可知角速度之比为,C错误;根据可知周期之比为,D错误.
3.B
【解析】
【分析】
A实施变轨与比它轨道更高的空间站B对接,是做离心的运动,要实现这个运动必须万有引力小于飞船所需向心力,所以应给飞船加速,增加所需的向心力。
【详解】
A实施变轨与比它轨道更高的空间站B对接,是做离心的运动,要实现这个运动必须万有引力小于飞船所需向心力,所以应给飞船加速,增加所需的向心力。所以它应沿运行速度的反方向喷气,使得在短时间内速度增加。根据开普勒第三定律,得与B对接后轨道半径增大,所以周期变大。故选B。
【点睛】
当万有引力刚好提供卫星所需向心力时卫星正好可以做匀速圆周运动;若提供的向心力大于所需要的向心力,则卫星做逐渐靠近圆心的运动;若提供的向心力小于所需要的向心力,则卫星做逐渐远离圆心的运动.
4.B
【解析】
该行星自转角速度变为原来两倍,则周期将变为T,由题意可知此时: ,解得:,故A错误;同步卫星的周期等于该星球的自转周期,由万有引力提供向心力可得:,又,解得:r=R,故B正确;行星地面物体的重力和支持力的合力提供向心力:,又:,解得:,由牛顿第三定律可知质量为m的物体对行星赤道地面的压力为,故C错误;7.9km/s是地球的第一宇宙速度,由于不知道该星球的质量以及半径与地球质量和半径的关系,故无法得到该星球的第一宇宙速度与地球第一宇宙速度的关系,故无法确环绕该行星作匀速圆周运动的卫星线速度是不是必不大于7.9km/s,故D错误;故选B.
点睛:重点知识:行星自转的时候,地面物体万有引力等于重力没错,但是不是重力全部用来提供向心力,而是重力和支持力的合力提供向心力;“星球赤道上物体恰好对行星表面没有压力”时重力独自充当向心力.
5.A
【解析】试题分析:行星绕太阳做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,有,得, ,轨道半径越小,周期越小,角速度越大,故A正确,BCD错误.故选A.
6.AD
【解析】
【详解】
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
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:,
解得:,故D正确,C错误;
故选AD.
7.BC
【解析】由于不知道卫星的质量,所以无法比较二者的动能关系,故A错误;据可知角速度之比等于周期的倒数比,故为1:4,故B正确;研究卫星绕行星表面匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式:,所以行星质量M=,所以甲乙两行星的质量之比为:,故C正确;忽略行星自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式=mg可得行星表面的重力加速度g=,所以两行星表面重力加速度之比为:,故D错误.故选BC.
点睛:研究卫星绕行星匀速圆周运动问题,关键是根据万有引力提供向心力,列出等式求解.忽略行星自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式.
8.BCD
【解析】解:A、B圆轨道I上的P点进入椭圆轨道,需减速,使得万有引力大于向心力,做近心运动,进入轨道II,故A错误,B正确.
C、飞船在轨道Ⅱ上由P到Q的过程中万有引力做正功,动能增加,可知速率不断增大,故C正确.
D、根据牛顿第二定律知,飞船通过圆形轨道Ⅰ和椭圆轨道Ⅱ上的P点时加速度相同,故D正确.
故选:BCD.
9.BD
【解析】
【详解】
A.根据万有引力等于重力:
得重力加速度
地球质量约为月球的81倍,地球半径约为月球的3.7倍,地球表面的重力加速度大小约为9.8m/s2,所以月球表面的重力加速度大小约
1.66m/s2
根据运动学公式得在着陆前的瞬间,速度大小约
3.6m/s
故A错误;
B.登月探测器悬停时,二力平衡,则有:
N
故B正确;
C.从离开近月圆轨道到着陆这段时间内,有外力做功,机械能不守恒,故C错误;
D.根据
得:
地球质量约为月球的81倍,地球半径约为月球的3.7倍,所以在近月圆轨道上运行的线速度小于人造卫星在近地圆轨道上运行的线速度,故D正确。
10.CD
【解析】
【详解】
由题可知二者的周期关系,由,得:。所以由题可以求出二者的轨道半径关系。
A.因为两物体质量关系未知,所以无法求出受引力之比,故A错误。
B. 由题可以求出二者的轨道半径关系,因为不知道地球半径,所以无法求出离地面高度之比,故B错误。
C.由万有引力提供向心力,得:,解得:,由二者的轨道半径关系即可求出线速度之比,故C正确;
D. 向心加速度:,由二者的轨道半径关系即可求出加速度之比,故D正确;
11.(1);(2);(3)。
【解析】
【详解】
(1)由题意知,“鹊桥”卫星绕月球转圈所用的时间为,则其周期为:
(2)根据万有引力提供向心力有:
解得:
(3)根据
解得:
12.3.6×104Km
【解析】此报道中,地球同步轨道的高度的数据出错,以下计算可以说明,
设卫星的质量为,离地面高度为,有,
在地球表面上,质量为的物体受到地球引力等于物体的重力,即,
则代入数据解得:
13.
【解析】
【详解】
[1]粒子绕点做圆周运动,根据库仑力提供向心力,则有:
解得:
[2]同理,对根据库仑力提供向心力有:
由题意可知,当之间的夹角为时,相距最远,则必须比多绕;
因此有:
根据,可得:
解得:
14.
【解析】
【详解】
[1]万有引力提供圆周运动的向心力,根据
,
可得:
,
则:
;
[2]万有引力提供圆周运动的向心力,根据:
,
可得:
。