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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.

举一反三
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.

多选题

(多选)发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆形轨道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A点,轨道2、3相切于B点,如图所示,则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法正确的是(  )

A
卫星在轨道1上的运行速率大于轨道3上的速率
B
卫星在轨道1上的角速度小于在轨道3上的角速度
C
卫星在椭圆轨道2上经过A点时的速度大于7.9km/s
D
卫星在椭圆轨道2上经过B点时的加速度等于它在轨道3上经过B点时的加速度

题目答案

ACD

答案解析

分析:

根据万有引力提供向心力G$\frac {Mm}{r}$=m$\frac {v}{r}$,卫星的速度为v=$\sqrt {}$.根据开普勒第三定律,卫星在轨道1上的周期较小,因此角速度最大.

卫星在轨道1上的速度为7.9 km/s,要过度到轨道2,在A点应该做离心运动,速度应该较大.速度可以瞬间变化,但是在同一个位置处万有引力相等,加速度相等.

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$\frac {Mm}{r}$=m$\frac {v}{r}$,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正确;

B、ω=$\frac {v}{r}$=$\sqrt {}$,轨道3半径比轨道1半径大,卫星在轨道3上角速度较小,故B错误;

C、卫星在轨道1上的速度为7.9 km/s,要过渡到轨道2,在A点应该做离心运动,速度应该增大,选项C正确.

D、根据牛顿第二定律和万有引力定律G$\frac {Mm}{r}$=ma,得a=$\frac {GM}{r}$,所以卫星在轨道2上经过B点的加速度等于在轨道3上经过B点的加速度.故D正确.

故选:ACD.

点评:

本题考查卫星的变轨和离心运动等知识,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)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,开始对月球进行探究,下列说法正确的是(  )

A
卫星在轨道Ⅲ上的运动速度比月球的第一宇宙速度大
B
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
C
卫星在轨道Ⅲ上经过P点的加速度比在轨道Ⅰ上经过P点时大
D
卫星在轨道Ⅰ上的机械能比在轨道Ⅱ上多

题目答案

BD

答案解析

分析:

A、第一宇宙速度为贴着星球表面做匀速圆周运动的速度,根据万有引力提供向心力G$\frac {Mm}{r}$=m$\frac {v}{r}$比较线速度与第一宇宙速度的大小.

B、卫星从轨道Ⅰ上的P点进入轨道Ⅲ,需减速,使得万有引力大于向心力,做近心运动.

C、根据牛顿第二定律,通过比较万有引力比较加速度的大小.

D、卫星从轨道Ⅱ上的P点进入轨道Ⅰ,需加速,做半径更大的椭圆运动.

解答:

解:A、根据万有引力提供向心力G$\frac {Mm}{r}$=m$\frac {v}{r}$知,v=$\sqrt {}$,半径越小,线速度越大.第一宇宙速度的轨道半径小于轨道Ⅲ的半径,所以在轨道Ⅲ上的运动速度比月球的第一宇宙速度小.故A错误.

B、卫星从轨道Ⅰ上的P点进入轨道Ⅲ,需减速,使得万有引力大于向心力,做近心运动,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B正确.

C、卫星在轨道Ⅲ上经过P点和在轨道Ⅰ上经过P点时,万有引力相等,根据牛顿第二定律,加速度相等.故C错误.

D、卫星从轨道Ⅱ上的P点进入轨道Ⅰ,需加速,机械能增大,所以卫星在轨道Ⅰ上的机械能比在轨道Ⅱ上多.故D正确.

故选BD.

点评:

解决本题的关键掌握卫星的变轨问题,知道当万有引力不够提供向心力时,卫星做离心运动.

多选题

(多选)我国第五颗北斗导航卫星是一颗地球同步轨道卫星.如图所示,假若第五颗北斗导航卫星先沿椭圆轨道Ⅰ飞行,后在远地点P处由椭圆轨道Ⅰ变轨进入地球同步圆轨道Ⅱ.下列说法正确的是(  )

A
卫星在轨道Ⅱ运行时的速度大于7.9km/s
B
卫星在椭圆轨道Ⅰ上的P点处加速进入轨道Ⅱ
C
卫星在轨道Ⅱ运行时的向心加速度比在赤道上相对地球静止的物体的向心加速度大
D
卫星在轨道Ⅱ运行时不受地球引力作用

题目答案

BC

答案解析

分析:

北斗导航卫星为地球同步卫星,又称对地静止卫星,是运行在地球同步轨道上的人造卫星,卫星距离地球的高度约为36000 km,卫星的运行方向与地球自转方向相同、运行轨道为位于地球赤道平面上圆形轨道、运行周期与地球自转一周的时间相等,即23时56分4秒,卫星在轨道上的绕行速度约为3.1公里/秒,其运行角速度等于地球自转的角速度.

解答:

解:A、7.9km/s即第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,也是最大的圆周运动的环绕速度.而同步卫星的轨道半径要大于近地卫星的轨道半径,根据v的表达式可以发现同步卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度,故A错误;

B、卫星在椭圆轨道Ⅰ上的P点处加速使向心力等于提供的万有引力,做圆周运动进入轨道Ⅱ.故B正确

C、同步卫星的角速度与赤道上物体的角速度相等,根据a=rω_,同步卫星的向心加速度大于赤道上物体的向心加速度,故C正确;

D、北斗导航卫星绕地球做匀速圆周运动时所受重力作用提供向心力,处于失重状态,故D错误;

故选:BC.

点评:

本题考查了地球卫星轨道相关知识点,地球卫星围绕地球做匀速圆周运动,圆心是地球的地心,万有引力提供向心力,轨道的中心一定是地球的球心;同步卫星有四个“定”:定轨道、定高度、定速度、定周期.本题难度不大,属于基础题.

多选题

(多选)如图是“嫦娥一号奔月”示意图,卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨,进入地月转移轨道,最终被月球引力捕获,成为绕月卫星,并开展对月球的探测.下列说法正确的是(  )

A
发射“嫦娥一号”的速度必须达到第三宇宙速度
B
在绕月圆轨道上,卫星周期与卫星质量无关
C
卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比
D
在绕月圆轨道上,卫星受地球的引力大于受月球的引力

题目答案

BC

答案解析

分析:

月球在地月系中,绕月飞行没有脱离地球束缚,故发射速度小于第二宇宙速度,绕月飞行时万有引力提供圆周运动向心力,周期与环绕天体质量无关,万有引力与距离的二次方成反比,绕月飞行时向心力指向圆心.

解答:

解:A、绕月飞行仍在地球引力作用下运动,故卫星没有脱离地球束缚,其发射速度小于第二宇宙速度,故A错误;

B、根据万有引力提供圆周运动向心力G$\frac {mM}{r}$=mr($\frac {2π}{T}$)_知等式两边将消去卫星质量m,故其周期大小与卫星质量无关,所以B正确;

C、卫星受月球的引力为万有引力,根据万有引力定律知,其大小与卫星到月球中心距离的二次方成反比,故C正确.

D、卫星既受到地球的引力也受到月球的引力作用,其合力指向月球的中心,故卫星受到月球的引力大于受到地球的引力,故D错误.

故选:BC

点评:

本题抓住卫星绕月球运动时万有引力提供圆周运动向心力,知道对于球体万有引力的距离从球心算起,掌握规律是解决问题的关键.