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多选题

(多选)以下说法中,正确的是(  )

A
第二宇宙速度是物体挣脱地球引力束缚,成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度
B
同步卫星的运行速度小于第一宇宙速度
C
第一宇宙速度是地球卫星的最小发射速度
D
我国发射了一颗位于北京上空的同步卫星,以利于通讯传播

题目答案

ABC

答案解析

分析:

第一宇宙速度是人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度.地球同步卫星的发射速度大于第一宇宙速度.人造地球卫星运行时速度大于第二宇宙速度时,就脱离地球束缚.第三宇宙速度是物体逃离太阳的最小速度.

解答:

解:A、第二宇宙速度是物体挣脱地球引力束缚,成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度,故A正确

B、第一宇宙速度是人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动时的最大速度.同步卫星的速度小于第一宇宙速度,故B正确

C、第一宇宙速度是地球卫星的最小发射速度,故C正确

D、同步卫星必须在赤道的正上方,故D错误

故选ABC.

点评:

本题考查对宇宙速度的理解能力.对于第一宇宙速度不仅要理解,还要会计算.第一宇宙速度是近地卫星环绕地球做匀速圆周运动的速度,要强调卫星做匀速圆周运动.

举一反三
多选题

(多选)以下关于宇宙速度的说法中正确的是:(  )

A
第一宇宙速度是人造地球卫星运行时的最大速度
B
第一宇宙速度是人造地球卫星运行时的最小速度
C
人造地球卫星运行时的速度一定小于第二宇宙速度
D
地球上的物体无论具有多大的速度都不可能脱离太阳的束缚

题目答案

AC

答案解析

分析:

第一宇宙速度是卫星沿地球表面运动时的速度,半径越大运行速度越小,故第一宇宙速度是人造地球卫星最大的运行速度;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;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成为一颗人造地球恒星.

解答:

解:根据G$\frac {Mm}{R}$=m$\frac {v}{R}$可得卫星的线速度v=$\sqrt {}$,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正确而B错误.

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,故人造地球卫星运行时的速度一定小于第二宇宙速度,故C正确.

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成为一颗人造地球恒星.故D错误.

故选AC.

点评:

掌握第一宇宙速度,第二宇宙速度和第三宇宙速度的定义和运行速度与半径的关系是成功解决本题的关键和基础.

多选题

(多选)人造地球卫星可以绕地球做匀速圆周运动,也可以沿椭圆轨道绕地球运动.对于沿椭圆轨道绕地球运动的卫星,以下说法正确的是(  )

A
近地点速度一定大于7.9km/s
B
近地点速度一定在7.9km/s-11.2km/s之间
C
近地点速度可以小于7.9km/s
D
远地点速度一定小于在同高度圆轨道上的运行速度

题目答案

CD

答案解析

分析:

7.9km/s是第一宇宙速度,是卫星在地面附近做匀速圆周运动所具有的线速度.当卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s而小于11.2 km/s时,卫星将沿椭圆轨道运行,当卫星的速度等于或大于11.2 km/s时就会脱离地球的吸引,不再绕地球运行,11.2 km/s被称为第二宇宙速度.

解答:

解:A、7.9km/s是第一宇宙速度,是卫星在地面附近做匀速圆周运动所具有的线速度.当卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s而小于11.2 km/s时,卫星将沿椭圆轨道运行,7.9km/s是卫星绕地球做匀速圆周运动的临界速度.大于7.9km/s,卫星肯定做离心运动,但不一定能脱离地球.等于7.9km/s卫星可能绕地球做匀速圆周运动(贴近地面)或者离心运动(卫星离地面还有一段距离);

小于7.9km/s时,情况就比较多了:贴近地面,肯定做近心运动(要么回收,要么报废);

适当的高度可以做匀速圆周运动;近地点高度更大时,也可作离心运动.

所以近地点速度可以大于、等于或小于7.9km/s,故A、B错误,C正确.

D、因为在远地点时,卫星将做近心运动,所以远地点速度一定小于在同高度圆轨道上的运行速度,故D正确.

故选CD.

点评:

本题考查学生对第一宇宙速度的理解,以及对卫星能沿椭圆轨道运动条件的理解.本题极易错选A

多选题

(多选)如图所示,a为放在赤道上相对地球静止的物体,随地球自转做匀速圆周运动,b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星(轨道半径等于地球半径),c为地球的同步卫星,以下关于a、b、c的说法中正确的是(  )

A
a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度大小关系为a_b>a_c>a_a
B
a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度大小关系为a_a>a_b>a_c
C
a、b、c做匀速圆周运动的线速度大小关系为v_a=v_b>v_c
D
a、b、c做匀速圆周运动的周期关系为T_a=T_c>T_b

题目答案

AD

答案解析

分析:

地球赤道上的物体与同步卫星具有相同的角速度和周期,根据v=rω,a=rω_比较线速度的大小和向心加速度的大小,根据万有引力提供向心力比较b、c的线速度、角速度、周期和向心加速度大小.

解答:

解:A、地球赤道上的物体与同步卫星具有相同的角速度,所以ω_a=ω_c,根据a=rω_知,c的向心加速度大于a的向心加速度.

根据a=$\frac {GM}{r}$得b的向心加速度大于c的向心加速度.故A正确,B错误.

C、地球赤道上的物体与同步卫星具有相同的角速度,所以ω_a=ω_c,根据v=rω,c的线速度大于a的线速度.

根据v=$\sqrt {}$得b的线速度大于c的线速度,故C错误

D、卫星C为同步卫星,所以T_a=T_c,根据T=2π$\sqrt {}$得c的周期大于b的周期,故D正确

故选AD.

点评:

地球赤道上的物体与同步卫星具有相同的角速度和周期,根据v=rω,a=rω_比较线速度的大小和向心加速度的大小,根据万有引力提供向心力比较b、c的线速度、角速度、周期和向心加速度大小.

多选题

(多选)已知地球半径为R,质量为M,自转角速度为ω,地球表面重力加速度为g,万有引力恒量为G,地球同步卫星与地心间的距离为r,则以下说法中正确的是(  )

A
地面赤道上物体随地球自转运动的线速度为ωR
B
地球近地卫星做匀速圆周运动的线速度为ωR
C
地球近地卫星做匀速圆周运动的线速度为$\sqrt {}$
D
地球同步卫星的运行速度为$\sqrt {rg}$

题目答案

AC

答案解析

分析:

研究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求解.

地面赤道上物体和地球具有相同的自转角速度为ω.

近地卫星是在地球表面运行的人造卫星,轨道半径近似等于地球半径,同步卫星的周期必须与地球自转周期相同.

解答:

解;A、地面赤道上物体和地球具有相同的自转角速度为ω.

所以地面赤道上物体随地球自转运动的线速度v=ωR,故A正确

B、近地卫星是在地球表面运行的人造卫星,轨道半径近似等于地球半径,

研究近地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:

$\frac {GMm}{R}$=$\frac {mv}{R}$

v=$\sqrt {}$,故B错误,C正确

D、地球同步卫星的运行速度v=$\sqrt {}$,

根据黄金代换GM=gR_,

所以同步卫星的运行速度v=$\sqrt {}$,故D错误

故选AC.

点评:

本题考查了万有引力在天体中的应用,解题的关键在于找出向心力的来源,并能列出等式解题.

万有引力定律得应用要结合圆周运动的知识解决问题.

多选题

(多选)假设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍,则(  )

A
同步卫星运行速度是第一宇宙速度的$\frac {1}{n}$倍
B
同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的$\sqrt {}$倍
C
同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转速度的n倍
D
同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的$\frac {1}{n}$倍

题目答案

BC

答案解析

分析:

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,列出等式表示出所要比较的物理量.

根据已知量结合关系式求出未知量.

了解同步卫星的含义,即同步卫星的周期必须与地球自转周期相同.

解答:

解:A、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:

$\frac {GmM}{r}$=m$\frac {v}{r}$

v=$\sqrt {}$,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=nR,所以v=$\sqrt {}$=$\sqrt {}$

而第一宇宙速度为:$\sqrt {}$

所以同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的$\sqrt {}$倍.故A错误,B正确.

C、同步卫星的周期与地球自转周期相同,即同步卫星和地球赤道上物体随地球自转具有相等的角速度.

根据圆周运动公式得:v=ωr,

因为r=nR

所以同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转速度的n倍,故C正确.

D、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:

$\frac {GmM}{r}$=ma,

a=$\frac {GM}{r}$

根据地球表面万有引力等于重力得:

$\frac {GmM}{R}$=mg,g=$\frac {GM}{R}$

$\frac {a}{g}$=$\frac {R}{r}$=$\frac {1}{n}$

所以同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的$\frac {1}{n}$倍.故D错误.

故选BC.

点评:

求一个物理量之比,我们应该把这个物理量先用已知的物理量表示出来,再根据表达式进行比较.

向心力的公式选取要根据题目提供的已知物理量或所求解的物理量选取应用.

多选题

(多选)同步卫星离地心距离为r,运行速率为v$_1$,向心加速度为a$_1$,地球半径为R,近地卫星运行速率为v$_2$,向心加速度为a$_2$,则(  )

A
$\frac {a$_1$}{a$_2$}$=$\frac {R}{r}$
B
$\frac {a$_1$}{a$_2$}$=$\frac {R}{r}$
C
$\frac {v$_1$}{v$_2$}$=$\frac {R}{r}$
D
$\frac {v$_1$}{v$_2$}$=$\sqrt {}$

题目答案

BD

答案解析

分析:

同步卫星和近地卫星都绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力G$\frac {mM}{r}$=m$\frac {v}{r}$=ma,去求两卫星的线速度之比、向心加速度之比.

解答:

解:A、根据万有引力提供向心力G$\frac {mM}{r}$=ma,可知,它们的向心加速度与轨道半径的平方成反比,所以$\frac {a$_1$}{a$_2$}$=$\frac {R}{r}$.故A错误,B正确.

C、同步卫星和近地卫星都绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力G$\frac {mM}{r}$=m$\frac {v}{r}$,则有v=$\sqrt {}$.所以$\frac {v$_1$}{v$_2$}$=$\sqrt {}$.故D正确,C错误.

故选:BD.

点评:

解决本题的关键掌握万有引力提供向心力G$\frac {Mm}{r}$=m$\frac {v}{r}$=ma,去求向心力和向心加速度之比.

多选题

(多选)“静止”在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面,为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料.设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍,下列说法中正确的是(  )

A
同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的$\frac {1}{n}$倍
B
同步卫星的运行速度是地球赤道上物体速度的$\frac {1}{n}$倍
C
同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的$\sqrt {}$倍
D
同步卫星的向心速度是地球表面重力加速度的$\frac {1}{n}$倍

题目答案

CD

答案解析

分析:

同步卫星与地球赤道上的物体具有相同的角速度,根据v=rω得出速度的关系.根据万有引力提供向心力得出同步卫星速度与第一宇宙速度的关系.

解答:

解:A、根据G$\frac {Mm}{r}$=m$\frac {v}{r}$得,v=$\sqrt {}$,则同步卫星的运动速度是第一宇宙速度的$\sqrt {}$,故A错误,C正确;

B、同步卫星与地球赤道上的物体具有相同的角速度,根据v=rω知,同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转的速度的n倍.故B错误.

D、根据G$\frac {Mm}{r}$=ma,得a=$\frac {GM}{r}$,则同步卫星的向心速度是地球表面重力加速度的$\frac {1}{n}$倍,故D正确;

故选CD.

点评:

解决本题的关键掌握万有引力提供向心力这一理论,并能灵活选用合适的向心力公式.

多选题

(多选)航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后,在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,B为轨道Ⅱ上的一点,如图所示,关于航天飞机的运动,下列说法中正确的有(  )

A
在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度
B
在轨道Ⅱ上经过A的速度小于在轨道Ⅰ上经过A的速度
C
在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期
D
在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度

题目答案

ABC

答案解析

分析:

A、轨道Ⅱ上由A点运动到B点,引力做正功,动能增加.

B、从轨道Ⅰ的A点进入轨道Ⅱ需减速,使万有引力大于所需要的向心力,做近心运动.

C、根据开普勒第三定律$\frac {R}{T}$=C,比较轨道Ⅱ和轨道Ⅰ上运动的周期.

D、根据牛顿第二定律,通过比较所受的万有引力比较加速度.

解答:

解:A、轨道Ⅱ上由A点运动到B点,引力做正功,动能增加,所以经过A的速度小于经过B的速度.故A正确.

B、从轨道Ⅰ的A点进入轨道Ⅱ需减速,使万有引力大于所需要的向心力,做近心运动.所以轨道Ⅱ上经过A的速度小于在轨道Ⅰ上经过A的速度.故B正确.

C、根据开普勒第三定律$\frac {R}{T}$=C,椭圆轨道的半长轴小于圆轨道的半径,所以在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期.故C正确.

D、在轨道Ⅱ上和在轨道Ⅰ通过A点时所受的万有引力相等,根据牛顿第二定律,加速度相等.故D错误.

故选ABC.

点评:

解决本题的关键理解飞船的变轨问题,以及知道开普勒第三定律$\frac {R}{T}$=C.

多选题

(多选)如图所示,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)则当卫星分别在1、2、3轨道正常运行时,以下说法正确的是(  )

A
卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率
B
卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度
C
卫星在轨道1上的经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度
D
卫星在轨道2上的经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度

题目答案

BD

答案解析

分析:

根据人造卫星的万有引力等于向心力,列式求出线速度、角速度、和向心力的表达式进行讨论即可.

解答:

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$\frac {Mm}{r}$=ma=m$\frac {v}{r}$=m$\frac {4π_r}{T}$

解得:

v=$\sqrt {}$

轨道3半径比轨道1半径大,卫星在轨道1上线速度较大,故A错误;

B、ω=$\frac {v}{r}$=$\sqrt {}$

轨道3半径比轨道1半径大,卫星在轨道3上线速度较小,故B正确;

C、根据牛顿第二定律和万有引力定律得:a=$\frac {GM}{r}$,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C错误,同理可知D正确.

故选BD

点评:

本题关键抓住万有引力提供向心力,先列式求解出线速度和角速度的表达式,再进行讨论.

多选题

(多选)“神舟”七号实现了航天员首次出舱.如图所示飞船先沿椭圆轨道1飞行,然后在远地点P处变轨后沿圆轨道2运行,在轨道2上周期约为90分钟.则下列判断正确的是(  )

A
飞船沿椭圆轨道过P点时的速度与沿圆轨道过P点时的速度相等
B
飞船在圆轨道上时航天员出舱前后都处于失重状态
C
飞船在圆轨道的角速度大于同步卫星运行的角速度
D
飞船变轨前通过椭圆轨道远地点P处时的加速度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度

题目答案

BC

答案解析

分析:

飞船在椭圆轨道上运动时在近地点做离心运动,在远地点做近心运动,根据相应运动条件判断速度大小问题,飞船在轨道上运动的加速度由万有引力产生,决定加速度的大小是万有引力的大小,飞船上的物体处于失重状态.

解答:

解:

A、P点是椭圆轨道的远地点,飞船飞经该点时将做的近心运动满足G$\frac {mM}{r}$>m$\frac {$_1$}{r}$,飞船在轨道2上做圆周运动经过P点时满足G$\frac {mM}{r}$=m$\frac {$_2$}{r}$,根据运动条件知v$_1$<v$_2$,故A错误;

B、飞船在圆轨道上做匀速圆周运动,万有引力完全提供向心力,故航天员出舱前后都处于失重状态,故B正确;

C、飞船在轨道2上周期大约为90分钟,而同步卫星的周期为24h,故知圆轨道上周期小于同步卫星周期,角速度大于同步卫星的角速度,故C正确;

D、飞船在P点时的加速度由万有引力产生,不管沿圆轨道还是椭圆轨道卫星在P点所受万有引力大小相等,故产生的加速度亦相同,故D错误.

故选BC

点评:

正确理解飞船变轨前后的运动,知道近心运动的条件和圆周运动的条件是解决本题的关键.