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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.

举一反三
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.

多选题

(多选)如图,在月球附近圆轨道上运行的“嫦娥二号”,到A点时变为椭圆轨道,B点是近月点,则(  )

A
在A点变轨时,“嫦娥二号”必须突然加速
B
在A点变轨时,“嫦娥二号”必须突然减速
C
从A点运动到B点过程中,“嫦娥二号”受到月球的引力减小
D
从A点运动到B点过程中,“嫦娥二号”速率增大

题目答案

BD

答案解析

分析:

变轨时需减速,使得万有引力大于所需的向心力,做近心运动.根据万有引力定律判断嫦娥二号受到的万有引力大小的变化,根据万有引力做功判断嫦娥二号速率的变化.

解答:

解:A、在A点变轨时,需减速,使得万有引力大于向心力,做近心运动.故A错误,B正确.

C、根据万有引力定律得,F=G$\frac {Mm}{r}$,r越来越小,则引力越来越大.故C错误.

D、从A到B运动的过程中,万有引力做正功,根据动能定理,则动能增大,即速率增大.故D正确.

故选BD.

点评:

解决本题的关键知道变轨的原理,当万有引力等于所需的向心力做圆周运动,当万有引力大于所需的向心力,做近心运动,当万有引力小于所需的向心力,做离心运动.

多选题

(多选)我国计划在2025年实现载人登月,并在绕月轨道上建造 空间站.如图所示,关闭动力的航天飞机在月球引力作用下向月球靠近,并将与空间站在B处对接,已知空间站绕月轨道半径为r,周期为T,万有引力常量为G,下列说法中正确的是(  )

A
图中航天飞机正加速飞向B处
B
航天飞机在B处由椭圆轨道进入空间站轨道必须点火减速
C
根据题中条件可以算出月球质量
D
根据题中条件可以算出空间站受到月球引力的大小

题目答案

ABC

答案解析

分析:

A、根据万有引力做功情况判断动能增加还是减小.

B、通过到达B处万有引力是否够提供向心力而决定加速还是减速.

C、根据万有引力提供向心力G$\frac {Mm}{r}$=mr($\frac {2π}{T}$)_,去求月球的质量.

D、空间站的质量未知,无法求出空间站所受的引力大小.

解答:

解:A、航天飞机关闭动力后,在月球的引力下向月球靠近,万有引力做正功,动能增加.故A正确.

B、到达B处速度比较大,所需的向心力比较大,万有引力不够提供向心力,航天飞机做离心运动,要想进入圆轨道需减速,使得万有引力等于所需的向心力.故B正确.

C、根据万有引力提供向心力G$\frac {Mm}{r}$=mr($\frac {2π}{T}$)_,M=$\frac {4π_r}{GT}$.故C正确.

D、因为空间站的质量未知,所以无法求出空间站所受的引力大小.故D错误.

故选ABC.

点评:

解决本题的关键掌握万有引力提供向心力G$\frac {Mm}{r}$=mr($\frac {2π}{T}$)_,以及知道会通过引力的做功判断动能的变化.

多选题

(多选)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.已知地球半径为R,同步轨道3距地面的高度为6R,地球自转周期为T,卫星在近地圆轨道上运行周期为T_0,万有引力常数为G.则下列说法正确的是(  )

A
卫星在轨道2上经Q点的速度比在轨道2上经P点的速度大
B
卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度
C
卫星在轨道2上经P点的速度比在轨道3上经P点时的速度小
D
由题给条件可知地球密度为$\frac {1029π}{}$

题目答案

AC

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、轨道2上经Q点和轨道2上经P点分别是近地点和远地点,根据开普勒第三定律得

卫星在轨道2上经Q点的速度大于在轨道2上经P点的速度,故A正确

B、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1上经过Q点时的加速度等于它在轨道2上经过Q点时的加速度,故B错误

C、在椭圆轨道远地点实施变轨成圆轨道是做逐渐远离圆心的运动,要实现这个运动必须万有引力小于卫星所需向心力,所以应给卫星加速,增加所需的向心力,卫星在轨道3上经过P点的速率大于在轨道2上经过P点的速率,故C正确.

D、卫星在近地圆轨道上运行,根据人造卫星的万有引力等于向心力得

$\frac {GMm}{R}$=m$\frac {4π_R}{}$

M=$\frac {4π_R}{GT}$

地球密度ρ=$\frac {M}{V}$=$\frac {3π}{GT}$,故D错误

故选AC.

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.