设地球同步卫星离地面的距离为R,运行速率 - 考试试题及答案解析 - 读趣百科
单选题

设地球同步卫星离地面的距离为R,运行速率为v,加速度为a,地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a_0,第一宇宙速度为v_0,地球半径为R_0.则以下关系式正确的是(  )

A
$\frac {a}{a}$=$\frac {R}{R}$
B
$\frac {a}{a}$=$\sqrt {}$
C
$\frac {v}{v}$=$\sqrt {}$
D
$\frac {v}{v}$=$\frac {R+R}{R}$

题目答案

C

答案解析

分析:

第一宇宙速度即为近地卫星的环绕速度.

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去求两卫星的线速度之比.

同步卫星与地球赤道上的物体具有相同的角速度,根据a=rω_,去求两者的向心加速度之比

解答:

解:A、B、地球同步卫星与地球赤道上随地球自转的物体角速度相等,由a=ω_r,

所以$\frac {a}{a}$=$\frac {R+R}{R}$,故A、B错误

C、D、第一宇宙速度为近地卫星的速度,

$\frac {GMm}{r}$=$\frac {mv}{r}$得

v=$\sqrt {}$,

所以$\frac {v}{v}$=$\sqrt {}$,故C正确,D错误.

故选C.

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,再进行之比.

解决本题的关键掌握万有引力提供向心力以及知道同步卫星与地球赤道上的物体具有相同的角速度.

举一反三
单选题

A是地球赤道上的物体,B是贴近地球表面做匀速圆周运动的人造卫星,C是地球同步卫星.已知地球的自转周期为T_0,地球的半径为R,地球表面的重力加速度为g.则下列说法正确的是(  )

A
物体A随地球自转的向心加速度为g
B
卫星B运行的角速度ω=$\frac {2π}{T}$
C
同步卫星C离地面的高度h=$\sqrt {}$-R
D
在A、B、C三个物体中,物体B的动能最大

题目答案

C

答案解析

分析:

A、根据向心加速度a_n=$\frac {4π}{}$R,即可求解物体A的向心加速度;

B、根据mω_R=G$\frac {mM}{R}$=mg,即可求解卫星B运行的角速度;

C、由万有引力提供向心力,让同步卫星做匀速圆周运动,由牛顿第二定律,即可求解;

D、由G$\frac {Mm}{r}$=m$\frac {v}{r}$,可知三个物体的速度大小,从而确定动能的大小.

解答:

解:A、根据向心加速度a_n=$\frac {4π}{}$R,因此物体A随地球自转的向心加速度不为g,故A错误;

B、根据mω_R=G$\frac {mM}{R}$=mg,即ω=$\sqrt {}$,而不是ω=$\frac {2π}{T}$,因T_0是自转周期,故B错误;

C、根据万有引力提供向心力,则有:$\frac {GMm}{(R+h)}$=m($\frac {2π}{T}$)_(R+h),解得:h=$\sqrt {}$-R,故C正确;

D、在A、B、C三个物体中,由同步可知,C的速度大于A的速度,而B的速度大于C,则B的速度最大,但由于质量的不知,所以物体B的动能不一定最大,故D错误;

故选:C.

点评:

考查万有引力提供向心力做匀速圆周运动的应用,注意分清同步,则有相同角速度,而在地球上的物体运动与地球外的物体运动向心力不同是解题的关键.

单选题

探测器绕月球做匀速圆周运动,变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动,则变轨后与变轨前相比(  )

A
轨道半径变小
B
向心加速度变小
C
线速度变小
D
角速度变小

题目答案

A

答案解析

分析:

根据万有引力提供向心力列式求解即可得到线速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系;根据周期变小,先得到轨道半径的变化,再得出其它量的变化.

解答:

解:由于G$\frac {Mm}{r}$=m($\frac {2π}{T}$)_r,所以r=$\sqrt {}$,T变小,r变小,A正确.

又G$\frac {Mm}{r}$=ma_n,a_n=$\frac {GM}{r}$,r变小,a_n增大,B错误.

由G$\frac {Mm}{r}$=m$\frac {v}{r}$,v=$\sqrt {}$,r变小,v增大,C错误.

由G$\frac {Mm}{r}$=mω_r,ω=$\sqrt {}$,r变小,ω增大,D错误

故选A.

点评:

人造卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度只与轨道半径有关,与卫星的质量无关!

单选题

发射地球同步卫星时,先将卫星发射到近地圆轨道1,然后点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送人同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点,如图所示,则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,下列说法中正确的是(  )

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上的周期小于在轨道2上的周期
C
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
D
卫星在轨道2上经过P点时的加速度小于它在轨道3上经过P点时的加速度

题目答案

C

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、周期、和向心力的表达式进行讨论即可.

根据开普勒第三定律比较周期关系.

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:F=$\frac {GMm}{r}$=m$\frac {v}{r}$=ma=m$\frac {4π_r}{T}$;

解得:v=$\sqrt {}$,

轨道3半径比轨道1半径大,所以卫星在轨道3上的速率小于在轨道1上的速率,故A错误

B、由轨道知,轨道2的半长轴最小,轨道3的半长轴较大,

根据开普勒第三定律$\frac {R}{T}$=k知,

卫星在轨道3上的周期大于在轨道2上的周期,故B错误

C、加速度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C正确

D、加速度a=$\frac {GM}{r}$,

所以卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度,故D错误

故选:C.

点评:

卫星在不同轨道上运行时各个量的比较,往往根据万有引力等于向心力列出物理量与半径的关系,然后比较.

单选题

“嫦娥二号”原本是“嫦娥一号”的备份卫星,因此两颗星在外形和重量上并没有太大差别.不过它的绕月飞行轨道将由“嫦娥一号”时的200公里高度降低到100公里,这样就能把月球看得更清楚.它们绕月球运动的示意图如图所示(轨道视为圆周),则下列有关探月卫星的说法正确的是(  )

A
“嫦娥二号”卫星绕月球运行的速度小于“嫦娥一号”卫星绕月球的速度
B
“嫦娥二号”卫星绕月球运行的周期大于“嫦娥一号”卫星绕月球的周期
C
“嫦娥二号”卫星所在位置的加速度比“嫦娥一号”所在位置的加速度大
D
“嫦娥一号”卫星在绕月轨道上经过加速变轨可到达“嫦娥二号”的绕月轨道

题目答案

C

答案解析

分析:

根据月球对嫦娥卫星的万有引力提供向心力,可分别得到周期、线速度、向心加速度与轨道半径的关系来分析.

解答:

解:根据月球对嫦娥卫星的万有引力提供向心力得

$\frac {GMm}{r}$=$\frac {mv}{r}$=m$\frac {4π_r}{T}$=ma

A、根据v=$\sqrt {}$,“嫦娥二号”环月运行时的线速度比“嫦娥一号”更大.故A错误.

B、根据T=2π$\sqrt {}$,“嫦娥二号”环月运行的周期比“嫦娥一号”更小.故B错误

C、根据a=$\frac {GM}{r}$,“嫦娥二号”环月运行时的向心加速度比“嫦娥一号”更大,故C正确

D、“嫦娥一号”卫星在绕月轨道上经过加速,将做离心运动,不可能到达“嫦娥二号”的绕月轨道,故D错误

故选C.

点评:

本题考查运用万有引力定律与圆周运动知识解决实际问题的能力,要灵活选择公式的形式.

单选题

“嫦娥一号”探月卫星沿地月转移轨道直奔月球,在距月球表面200km的P点进行第一次“刹车制动”后被月球捕获,进入椭圆轨道Ⅰ绕月飞行,如图所示.之后,卫星在P点又经过两次“刹车制动”,最后在距月球表面200km的圆形轨道Ⅲ上绕月球做匀速圆周运动.对此,下列说法正确的是(  )

A
由于“刹车制动”,卫星在轨道Ⅲ上运动周期比在轨道上Ⅰ长
B
虽然“刹车制动”,但卫星在轨道Ⅲ上运动周期比在轨道上Ⅰ短
C
卫星在轨道Ⅲ上运动的速度比沿轨道Ⅰ运动到P点(尚未制动)时的速度更接近月球的第一宇宙速度
D
卫星在轨道Ⅲ上运动的加速度小于沿轨道Ⅰ运动到P点(尚未制动)时的加速度

题目答案

B

答案解析

分析:

根据开普勒第三定律比较卫星在不同轨道上的周期大小.卫星在月球附近做匀速圆周运动的速度等于月球的第一宇宙速度,根据卫星所受的万有引力大小,通过牛顿第二定律比较加速度的大小.

解答:

解:A、卫星沿椭圆轨道运动时周期的平方与半长轴的立方成正比,圆形轨道可以看成是半长轴和半短轴相等的椭圆,故卫星在轨道Ⅲ上的周期比轨道Ⅰ上的周期短,故B正确,A错误.

C、卫星在月球附近做匀速圆周运动所具有的线速度称为月球的第一宇宙速度,故C项错误.

D、卫星沿轨道Ⅰ运动到P点尚未制动时所受月球的引力等于沿轨道Ⅲ运动时所受的引力故加速度相等,D项错误.

故选B.

点评:

解决本题的关键掌握开普勒第三定律$\frac {a}{T}$=K,以及理解第一宇宙速度的含义.

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