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1、选择题 关于地球同步通讯卫星,下列说法中不正确的是
A.它一定在赤道正上空运行
B.各国发射的这种卫星轨道半径都一样
C.它运行的线速度小于第一宇宙速度
D.它运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间
参考答案:D
本题解析:它若在除赤道所在平面外的任意点,假设实现了“同步”,那它的运动轨道所在平面与受到地球的引力就不在一个平面上,这是不可能的,故A说法正确;因为同步卫星相对地球静止,所以同步卫星的周期必须与地球自转周期相同,根据
可知,r必须固定,故B说法正确;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
,即
可知,同步卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度,而第二宇宙速度是脱离地球的束缚的速度,第二宇宙速度大于第一宇宙速度,故C说法正确,D说法错误,本题是选说法不正确的,所以选D。
本题难度:一般
2、简答题 人造地球卫星绕地球旋转时,既具有动能又具有引力势能(引力势能实际上是卫星与地球共有的,简略地说此势能是人造卫星所具有的).设地球的质量为M,以卫星离地无限远处时的引力势能为零,则质量为m的人造卫星在距离地心为r处时的引力势能为Ep=-
(G为万有引力常量).
(1)试证明:在大气层外任一轨道上绕地球做匀速圆周运动的人造卫星所具有的机械能的绝对值恰好等于其动能.
(2)当物体在地球表面的速度等于或大于某一速度时,物体就可以挣脱地球引力的束缚,成为绕太阳运动的人造卫星,这个速度叫做第二宇宙速度,用v2表示.用R表示地球的半径,M表示地球的质量,G表示万有引力常量.试写出第二宇宙速度的表达式.
(3)设第一宇宙速度为v1,证明:v2=v1.
参考答案:(1)设卫星在半径为r的轨道上做匀速圆周运动的速度为v,地球的质量为M,卫星的质量为m.有万有引力提供卫星做圆周运动的向心力:GMmr2=mv2r
所以,人造卫星的动能:Ek=12mv2=12GMmR
卫星在轨道上具有的引力势能为:Ep=-GMmr
所以卫星具有的引力势能为:E=Ek+Ep=12GMmr-GMmr=-12GMmr
所以:|E|=|-12GMmr|=12GMmr
(2)设物体在地于表面的速度为v2,当它脱离地球引力时r→∞,此时速度为零,由机械能守恒定律得:12mv22-GMmR=0
解得:v2=
本题解析:
本题难度:一般
3、填空题 已知地球质量是月球质量的81倍,地球半径约为月球半径的4倍,地球上发射近地卫星的环绕速度为7.9㎞/s,那么在月球上发射一艘靠近月球表面运行的宇宙飞船,它的环绕速度为___________。
参考答案:1.75km/s
本题解析:根据万有引力提供向心力
,所以环绕速度
,因为地球质量是月球质量的81倍,地球半径约为月球半径的4倍,所以宇宙飞船的速度
故答案为:1.75km/s
本题难度:简单
4、选择题 2012年6月24日,航天员刘旺手动控制“神舟九号”飞船完成与“天宫一号”的交会对接,形成组合体绕地球做匀速圆周运动,轨道高度为340km..测控通信由两颗在地球同步轨道运行的“天链一号”中继卫星、陆基测控站、测量船,以及北京飞控中心完成.根据以上信息和你对航天相关知识的理解,下列描述正确的是( )
A.组合体匀速圆周运动的周期一定大于地球的自转周期
B.组合体匀速圆周运动的线速度一定大于第一宇宙速度
C.组合体匀速圆周运动的角速度大于“天链一号”中继卫星的角速度
D.“神舟九号”从低轨道必须加速才能与“天宫一号”的交会对接
参考答案:A、设飞船的质量为m,轨道为r,地球的质量为M.
根据牛顿第二定律得:GMmr2=mv2r=mω2r=m4π2T2r
则得,v=
本题解析:
本题难度:简单
5、选择题 “嫦娥三号”卫星在距月球100公里的圆形轨道上开展科学探测,其飞行的周期为118分钟。若已知月球半径和万有引力常量,由此可推算
A.“嫦娥三号”卫星绕月运行的速度
B.“嫦娥三号”卫星的质量
C.月球对“嫦娥三号”卫星的吸引力
D.月球的质量
参考答案:AD
本题解析:由
?得:
,
,所以A、D正确;由于等式两边消去了卫星的质量,所以卫星的质量无法求出,月球对“嫦娥三号”卫星的吸引力也无法求出,B、C错误。
本题难度:一般