高中 | 单摆的周期 题目答案及解析

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选修3-4

第十一章 机械振动

11.4 单摆

单摆的周期

北斗卫星导航系统是由中国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。如图,$a$$b$$c$为北斗系统的三颗卫星,已知它们绕地球做匀速圆周运动的半径分别为$r_{a}$$r_{b}$$r_{c}$,且$r_{a}=r_{b}\gt r_{c}$

导航卫星的发射速度应$(\quad\ \ \ \ )$

["

小于第一宇宙速度

","

大于第一宇宙速度且小于第二宇宙速度

","

大于第二宇宙速度

"]
[["B"]]

要将导航卫星送入围绕地球的稳定轨道,其发射速度应大于第一宇宙速度,又必须小于第二宇宙速度,否则会逃逸。

故选:$\rm B$

运载火箭将卫星从地面发射时,假设在舱内放置一个单摆,此时单摆周期$(\quad\ \ \ \ )$在地面时的周期。

["

小于

","

大于

","

等于

"]
[["A"]]

火箭发射时,舱内单摆所受的等效重力加速度大于重力加速度$g$,根据单摆周期公式$T= 2\pi\sqrt{\dfrac{L}{g}}$可得单摆的周期小于在地面时的周期。

故选:$\rm A$

卫星$a$$b$$c$的线速度分别为$v_{a}$$v_{b}$$v_{c}$,角速度分别为$\omega_{a}$$\omega_{b}$$\omega_{c}$,则$(\quad\ \ \ \ )$

["

$\\dfrac{v_{a}}{v_{c}}=\\sqrt{\\dfrac{r_{a}}{r_{c}}}$

","

$\\dfrac{v_{b}}{v_{c}}=\\sqrt{\\dfrac{r_{c}}{r_{b}}}$

","

$\\dfrac{\\omega_{a}}{\\omega_{c}}=\\sqrt{\\dfrac{r_{a}}{r_{c}}}$

","

$\\dfrac{\\omega_{b}}{\\omega_{c}}=\\sqrt{\\dfrac{r_{c}}{r_{b}}}$

"]
[["B"]]

由万有引力提供向心力$G\dfrac{Mm}{r^{2}} =m\dfrac{v^{2}}{r}=mr\omega^{2}$

可得$v=\sqrt{\dfrac{GM}{r}}$$\omega=\sqrt{\dfrac{GM}{r^{3}}}$

$\dfrac{v_{a}}{v_{c}}=\sqrt{\dfrac{r_{c}}{r_{a}}}$$\dfrac{v_{b}}{v_{c}}=\sqrt{\dfrac{r_{c}}{r_{b}}}$$\dfrac{\omega_{a}}{\omega_{c}}=\sqrt{\dfrac{r_{c}^{3}}{r_{a}^{3}}}$$\dfrac{\omega_{b}}{\omega_{c}}=\sqrt{\dfrac{r_{c}^{3}}{r_{b}^{3}}}$

故选:$\rm B$

若卫星$b$与卫星$c$质量相同,则卫星$b$的机械能$(\quad\ \ \ \ )$卫星$c$的机械能。

["

大于

","

等于

","

小于

"]
[["A"]]

规定无穷远处为零势能点,则卫星的机械能为$E=\dfrac{1}{2}mv^{2}+\left(-\dfrac{GMm}{r}\right)=- \dfrac{GMm}{2r}$

因为$r_{b}\gt r_{c}$

所以$E_{b}\gt E_{c}$

所以卫星$b$的机械能大于卫星$c$的机械能。

故选:$\rm A$

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