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1.(多选)(2021·云南统测)如图所示,两星球相距为L,质量比为mA∶mB=1∶9,两星球的半径远小于L.从星球A沿A、B连线向B以某一初速度放射一探测器,只考虑星球A、B对探测器的作用,下列说法正确的是( )
A.探测器的速度始终减小
B.探测器在距星球A为处加速度为零
C.若探测器能到达星球B,其速度可能恰好为零
D.若探测器能到达星球B,其速度确定大于放射时的初速度
解析:选BD.设在距离星球A为x位置时,探测器所受合力为零,即G=G,解得x=,B正确;在距离星球A的距离小于时,探测器所受合力指向星球A,在距离大于时,所受合力指向星球B,因此在整个过程中,合力对探测器先做负功,再做正功,由动能定理可知,探测器速度先减小后增大,A错误;在与两星球距离相等的两点中,距离星球B的点受合力较大,因此从星球A运动到星球B整个过程合力做正功,由动能定理可知,到达星球B时探测器的速度大于离开星球A时的放射速度,不行能速度为零,C错误,D正确.
2.(多选)(2021·沈阳质量监测)已知引力常量为G,地球半径为R,地球表面的重力加速度为g和地球的自转周期为T,不考虑地球自转的影响,利用以上条件可求出的物理量是( )
A.地球的质量
B.地球与其同步卫星之间的引力
C.第一宇宙速度
D.地球同步卫星的高度
解析:选ACD.不考虑地球自转的影响,在地球表面万有引力等于重力,可求得地球质量,选项A正确;同步卫星的质量不知道,因此无法求出地球与同步卫星之间的引力,选项B错误;由已知条件可求得第一宇宙速度,选项C正确;由同步卫星的周期可计算同步卫星的轨道半径,进一步计算得出同步卫星的高度,选项D正确.
3.(单选)(2021·合肥质检)“北斗”系统中两颗工作卫星1和2在同一轨道上绕地心O沿顺时针方向做匀速圆周运动,轨道半径为r,某时刻它们分别位于轨道上的A、B两位置,如图所示.已知地球表面处的重力加速度为g,地球半径为R,不计卫星间的相互作用力.以下推断中正确的是( )
A.这两颗卫星的向心加速度大小为a=g
B.这两颗卫星的角速度大小为ω=R
C.卫星1由位置A运动至位置B所需的时间为t=
D.假如使卫星1加速,它就确定能追上卫星2
解析:选C.卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力充当向心力,即G=ma,由万有引力与重力的关系得G=mg,解两式得a=g,A错误;由a=ω2r,将上式代入得ω=,B错误;卫星1由位置A运动到位置B所需时间为卫星周期的,由T=,t=,C正确;卫星1加速后做离心运动,进入高轨道运动,不能追上卫星2,D错误.
4.(多选)(2021·陕西西安质检)我国研制并成功放射的“嫦娥二号”探测卫星,在距月球表面高度为h的轨道上做匀速圆周运动,运行的周期为T,若以R表示月球的半径,则( )
A.“嫦娥二号”探测卫星运行时的线速度为
B.“嫦娥二号”探测卫星运行时的向心加速度为
C.月球的第一宇宙速度为
D.物体在月球表面自由下落的加速度为
解析:选BC.依据匀速圆周运动的基本学问可得v=,a=,A错误,B正确;由万有引力供应向心力可得=m(R+h),又g月=,解得g月=,第一宇宙速度v1==,所以C正确,D错误.
5.(单选)如图所示,1、3轨道均是卫星绕地球做圆周运动的轨道示意图,1轨道的半径为R,2轨道是一颗卫星绕地球做椭圆运动的轨道示意图,3轨道与2轨道相切于B点,O点为地球球心,AB为椭圆的长轴,三轨道和地心都在同一平面内.已知在1、2两轨道上运动的卫星的周期相等,引力常量为G,地球质量为M,三颗卫星的质量相等,则下列说法正确的是( )
A.卫星在3轨道上的机械能小于在2轨道上的机械能
B.若卫星在1轨道上的速率为v1,卫星在2轨道A点的速率为vA,则v1<vA
C.若卫星在1、3轨道上的加速度大小分别为a1、a3,卫星在2轨道A点的加速度大小为aA,则aA<a1<a3
D.若OA=0.4R,则卫星在2轨道B点的速率vB>
解析:选B.2、3轨道在B点相切,卫星在3轨道相对于2轨道是做离心运动的,卫星在3轨道上的线速度大于在2轨道上B点的线速度,因卫星质量相同,所以卫星在3轨道上的机械能大于在2轨道上的机械能,A错误;以OA为半径作一个圆轨道4与2轨道相切于A点,则v4<vA,又因v1<v4,所以v1<vA,B正确;加速度是万有引力产生的,只需要比较卫星到地心的高度即可,应是aA>a1>a3,C错误;由开普勒第三定律可知,2轨道的半长轴为R,OB=1.6R,3轨道上的线速度v3=,又因vB<v3,所以vB< ,D错误.
6.(2021·河南三门峡一模)在天体运动中,将两颗彼此相距较近的行星称为双星.它们在相互的万有引力作用下间距保持不变,并沿半径不同的同心圆轨道做匀速圆周运动.假如双星间距为L,质量分别为M1和M2,试计算:
(1)双星的轨道半径;
(2)双星的运行周期;
(3)双星的线速度.
解析:由于双星受到同样大小的万有引力作用,且保持距离不变,绕同一圆心做匀速圆周运动,如图所示,所以具有周期、频率和角速度均相同,而轨道半径、线速度不同的特点.
(1)由于两星受到的向心力相等,
则M1ω2R1=M2ω2R2,L=R1+R2.
由此得:R1=L,R2=L.
(2)由万有引力供应向心力得
G=M12R1=M22R2.
所以,周期为T=2πL.
(3)线速度v1==M2,
v2==M1.
答案:(1)R1=L R2=L
(2)T=2πL
(3)v1=M2 v2=M1
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