- 万有引力与航天
- 共16469题
我国已于2013年发射携带月球车的“嫦娥三号”卫星,并将月球车软着路到月球表面进行勘察,假设“嫦娥三号”卫星绕月球做半为r的匀速圆周运动,其运动周期为T,已知月球的半径为R,月球车的质量为m,则月球表面上的重力加速度为( )
正确答案
解析
解:嫦娥三号卫星绕月球做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
r,
月球表面的物体受到的重力等于万有引力,即:G=m′g,解得:g=
,
故选:D.
如图所示,a、b、c是地球大气层外圆形轨道上的三颗卫星,a、b的质量相同,但小于c的质量,则( )
正确答案
解析
解:万有引力提供卫星做圆周运动所需要的向心力;
A、卫星受到的万有引力F=G,因为a、b质量相同,且小于c的质量,可知b所需向心力最小,故A错误.
B、由牛顿第二定律得:G=m
r,解得:T=2π
,由于:ra<rb=rc,则b、c的周期相同且大于a的周期,故B正确;
C、由牛顿第二定律得:G=ma,解得:a=
,由于:ra<rb=rc,则aa>ab=ac,故C错误;
D、由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,由于:ra<rb=rc,则va>vb=vc,故D正确;
故选:BD.
飞船沿月球表面高度为3R的圆形轨道运动,到达轨道的A点,点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ,到达轨道Ⅱ的近月点B再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动.下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:解:A、飞船在轨道Ⅰ上,万有引力提供向心力:
在月球表面,万有引力等于重力得:,
解得:v=,故A错误;
B、在圆轨道实施变轨成椭圆轨道远地点是做逐渐靠近圆心的运动,要实现这个运动必须万有引力大于飞船所需向心力,所以应给飞船点火减速,减小所需的向心力.故B错误.
C、飞船从A到B运行的过程中只受重力,且重力对飞船做正功,飞船的动能增加,速度增大,即A点速度小于B点速度,故C错误;
D、设飞船在近月轨道Ⅲ绕月球运行一周所需的时间为T,则:,
T=2π,故D正确.
故选:D.
空间站绕地球做匀速圆周运动,其运动周期为T,轨道半径为r,万有引力常量为G,地球表面重力加速度为g.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、空间站绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力列式:
=
v=,
在地球表面,根据重力等于万有引力得:=mg
解得:空间站的线速度大小为v=,故A错误;
B、空间站绕地球做匀速圆周运动,其运动周期为T,轨道半径为r,
根据万有引力提供向心力列式:=
地球的质量M=,故B正确;
C、根据圆周运动公式得空间站的线速度大小为v=.故C正确;
D、空间站绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力只能求出中心体质量,空间站质量无法求解.故D错误;
故选:BC.
地球一昼夜的时间为T0,万有引力常量为G.查资料知道.地球赤道上的重力加速度比北极附近的重力加速度约小0.5%.若把地球看作质量分布均匀的球体,引起重力加速度变化的原因是地球的自转.
(1)根据题中所给字母和数据估算地球的密度;
(2)大家都知道T0=24h.若设想地球自转速度加快,在赤道上的物体会自动“漂浮”起来,求这时地球的自转周期.
正确答案
解:(1)在两极,有:F万=mg0
在赤道处,由牛顿第二定律可得:,
可得R=,
在地球表面两极有:,解得地球的质量M=
,
则地球的密度ρ==
=
(2)赤道上的物体恰好能飘起来,物体受到的万有引力恰好提供向心力,由牛顿第二定律可得:
,
解得=
≈1.7h.
答:(1)地球的密度为
(2)这时地球的自转周期为1.7h.
解析
解:(1)在两极,有:F万=mg0
在赤道处,由牛顿第二定律可得:,
可得R=,
在地球表面两极有:,解得地球的质量M=
,
则地球的密度ρ==
=
(2)赤道上的物体恰好能飘起来,物体受到的万有引力恰好提供向心力,由牛顿第二定律可得:
,
解得=
≈1.7h.
答:(1)地球的密度为
(2)这时地球的自转周期为1.7h.
我国自主研制的“神七”载人飞船在酒泉卫星发射中心成功发射.第583秒火箭将飞船送到近地点200km,远地点350km的椭圆轨道的入口,箭船分离.21时33分变轨成功,飞船进入距地球表面约343km的圆形预定轨道,绕行一周约90分钟,关于“神七”载人飞船在预定轨道上运行时下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、地球同步卫星的周期为24小时,而“神七”载人飞船的周期为90分钟,故不是同步卫星,故A错误;
B、飞船由于完全失重,飞船中的物体视重为0,但受地球的引力不变,这个引力提供飞船圆周运动的向心力,故B错误;
C、飞船正常飞行时,=mω2r=m
,飞船要返回时,减小速度使得提供的向心力大于圆周运动的向心力使飞船做近心运动,故C错误.
D、根据ω=,由于飞月球的轨道半径大,角速度小于飞船的角速度,故D正确.
故选:D.
我国自主研制的第一颗月球探测卫星“嫦娥一号”的发射成功,标志着我国实施绕月探测工程迈出了重要的一步.一位勤于思考的同学,为探月宇航员设计了如下实验:在距月球表面高h处以初速度v0水平抛出一个物体,然后测量出该平抛物体的水平位移为x.请你由这些数据求出月球表面的重力加速度.
正确答案
解:根据x=v0t得,t=.
由h=得,g=
.
答:月球表面的重力加速度为.
解析
解:根据x=v0t得,t=.
由h=得,g=
.
答:月球表面的重力加速度为.
(2015秋•临安市校级期中)设土星绕太阳的运动是匀速圆周运动,若测得土星到太阳的距离为R,绕太阳运动的周期为T,万有引力恒量为G,则根据以上数据不能算出( )
正确答案
解析
解:A、根据圆周运动的线速度和周期公式v=得土星线速度的大小v=
,故A正确.
B、根据圆周运动的向心加速度公式a=r得土星加速度的大小a=
R,故B正确.
C、根据题中条件,土星的质量无法求解,故C错误.
D、研究土星绕太阳做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式
=m
R,所以可求得太阳的质量,故D正确.
本题选不能算出的,故选:C.
一艘宇宙飞船近某一个不知名的行星,并进入靠近该行星的表面的圆形轨道宇航员着手进行预定的考察工作,宇航员能不能仅用一只表通过测定时间来测定该行星的密度?
正确答案
解:据万有引力提供卫星圆周运动的向心力,有
得到 M=
又,
所以行星的密度
所以航员能仅用一只表通过测定该飞船绕行星运动的时间就可以测定该行星的密度.
解析
解:据万有引力提供卫星圆周运动的向心力,有
得到 M=
又,
所以行星的密度
所以航员能仅用一只表通过测定该飞船绕行星运动的时间就可以测定该行星的密度.
卫星绕地球做匀速圆周运动时,除具有动能外还具有引力势能.已知当卫星的轨道半径为r时,引力势能的值为EP=-G(把它在无穷远处的势能规定为零),其中M为地球质量、m为卫星的质量,G为引力常量.
(1)一质量为m的卫星绕地球做匀速圆周运动,轨道半径为r,证明卫星具有的机械能为E=-;
(2)一个质量为m的飞行器要与高轨道的一个空间站对接,对接前要从半径为r1的圆形低轨道变轨,再进入半径为r2的圆形高轨道,求变轨前后飞行器机械能的增量;
(3)一个火箭搭载一卫星在近地点为r1、远地点为r2的椭圆轨道上运动,卫星和火箭的质量均为m.火箭与卫星在远地点时的速度为v0,在该点火箭与卫星利用爆炸技术实施安全分离,爆炸产生的推力将置于箭首的卫星送入半径为r2的圆形轨道,求火箭与卫星分离所需的能量.
正确答案
解:(1)一质量为m的卫星绕地球做匀速圆周运动,轨道半径为r,
万有引力提供向心力,
=m
Ek=mv2=
卫星具有的机械能为E=Ek+EP=-;
(2)进入半径为r2的圆形高轨道,
变轨前后飞行器机械能的增量△E=E2-E1=-
(3)卫星在半径为r2的圆形轨道上时的速度大小是v1,
=
v1=
设火箭与卫星分离的速度是v2,取分离前的速度方向为正方向,
根据动量守恒定律得:
mv0=mv1+
mv2
得v2=2v0-
所以火箭与卫星分离所需的能量是W=m
+
m
-
m
=
m
+
-mv0
答:(1)证明见上
(2)变轨前后飞行器机械能的增量是-
(3)火箭与卫星分离所需的能量m
+
-mv0
.
解析
解:(1)一质量为m的卫星绕地球做匀速圆周运动,轨道半径为r,
万有引力提供向心力,
=m
Ek=mv2=
卫星具有的机械能为E=Ek+EP=-;
(2)进入半径为r2的圆形高轨道,
变轨前后飞行器机械能的增量△E=E2-E1=-
(3)卫星在半径为r2的圆形轨道上时的速度大小是v1,
=
v1=
设火箭与卫星分离的速度是v2,取分离前的速度方向为正方向,
根据动量守恒定律得:
mv0=mv1+
mv2
得v2=2v0-
所以火箭与卫星分离所需的能量是W=m
+
m
-
m
=
m
+
-mv0
答:(1)证明见上
(2)变轨前后飞行器机械能的增量是-
(3)火箭与卫星分离所需的能量m
+
-mv0
.
如图所示,甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:卫星由万有引力提供向心力有:G=ma=m
r=mω2r=m
,
则得:a=,T=2
,ω=
,v=
,
可见,中心天体的质量M越小,a、ω、v越小,T越大,所以得:甲的向心加速度、角速度、线速度都比乙小,而甲的周期比乙大,故AD正确,BC错误.
故选:AD
北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统(CNSS),建成后的北斗卫星导航系统包括5颗同步卫星和30颗一般轨道卫星.对于其中的5颗同步卫星,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、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,所以它们运行的线速度一定小于7.9km/s,故A错误;
B、由于不同的同步卫星质量可能不同,所以地球对它们的吸引力大小不一定相等,方向一定不同,故B错误;
C、根据=ma得它们运行的加速度大小相等,由于卫星的位置不同,所以方向不同,故C错误;
D、因为同步卫星要和地球自转同步,所以运行轨道就在赤道所在平面内,根据F==mω2r,因为ω一定,所以 r 必须固定,所以一定位于空间同一轨道上,故D正确;
故选:D.
某探测飞船以速度v绕某行星表面做匀速圆周运动,测得其运动的周期为T,已知引力常量为G,由此可以得到( )
正确答案
解析
解:A、根据圆周运动的周期与线速度的关系有T=,所以该行星的半径r=
,故A错误;
B、万有引力提供向心力,=m
r
r=,
可得该行星的质量为:M=,故B错误;
C、该行星的平均密度ρ==
,故C正确;
D、该星球表面自由落体加速度即为近地飞船的向心加速度,所以有:a==
,故D错误.
故选:C
如图为A、B两卫星绕地球做匀速圆周运动的示意图,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力
=m
=m
r
A、T=2π,所以B卫星比A卫星运行周期小,故A正确;
B、A卫星在图示位置加速后,所受的万有引力小于向心力,将做离心运动,不会与卫星B相撞.故B错误;
C、A卫星的运行速度一定小于地球的第一宇宙速度,故C正确;
D、根据万有引力提供向心力
=m
r
不知道A卫星轨道半径,所以不能通过A卫星的运行周期和万有引力常量计算出地球的质量,故D错误;
故选:AC.
一些星球由于某种原因而发生收缩,假设该星球的直径变为原来的四分之一,若收缩时质量不变,则与收缩前相比( )
正确答案
解析
解:AB、忽略星球自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式
该星球的直径缩小到原来的四分之一,若收缩时质量不变,
所以同一物体在星球表面受到的重力增大到原来的16倍.故A错误B正确;
CD、第一宇宙速度是近星的环绕速度,根据万有引力提供向心力,列出等式
有
v=
该星球的直径缩小到原来的四分之一,若收缩时质量不变,所以星球的第一宇宙速度增大到原来的2倍,故C错误D正确.
故选:BD.
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