- 万有引力与航天
- 共16469题
为了实现人类登陆火星的梦想,我国宇航员王跃和俄罗斯宇航员一起进行了“模拟登火星”的实验活动,假设活性半径与地球半径之比为1:2,火星质量与地球质量之比为1:9.已知地球表面的重力加速度为g,地球半径为R,万有引力常量为G,忽略自转的影响,则( )
正确答案
解析
解:A、由G=mg,得到:g=
,
已知火星半径是地球半径的,质量是地球质量的
,
则火星表面的重力加速度是地球表重力加速度的,即为
g.
设火星质量为M′,由万有引力等于中可得:G=mg′,
解得:M=,
密度为:ρ==
,故A错误,C错误.
B、由G=m
,得到:v=
,火星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的
倍.故B正确.
D、王跃以v0在地球起跳时,根据竖直上抛的运动规律得出可跳的最大高度是:h=,
由于火星表面的重力加速度是g,王跃以相同的初速度在火星上起跳时,可跳的最大高度h′=
h.故D错误.
故选:B.
已知地表的重力加速度为g,地球半径为R,计算地球的第一宇宙速度(用已知量表示)
正确答案
解:第一宇宙速度是卫星在近地圆轨道上的环绕速度,
根据万有引力提供向心力得:=m
v= ①
根据地面附近引力等于重力得:=mg ②
由①②得:v=
即第一宇宙速度表达式为v=.
答:地球的第一宇宙速度是.
解析
解:第一宇宙速度是卫星在近地圆轨道上的环绕速度,
根据万有引力提供向心力得:=m
v= ①
根据地面附近引力等于重力得:=mg ②
由①②得:v=
即第一宇宙速度表达式为v=.
答:地球的第一宇宙速度是.
如图所示的图形最终被确定为中国月球探测工程形象际志,它以中国书法的笔触,抽象地勾勒出一轮明月,一双脚印踏在其上,象征着月球探测的终极梦想,一位敢于思考的同学,为探月宇航员设计了测量月球第一宇宙速度的方法:在月球表面以初速度v0竖直上抛一个物体,若物体只受该月球引力作用,忽略其他力的影响,物体上升的最大高度为h,已知该月球的直径为d,如果在月球上发射一颗绕它运行的卫星,则发射速度至少应为( )
正确答案
解析
解:因为物体做竖直上抛运动,根据其运动规律有,
上升的最大高度h=
得到星球表面的重力加速度g=
当“近地”卫星绕该星球做圆周运动时,轨道半径R=,
此时重力提供卫星的向心力有:mg=
v==
,
故选:D.
关于第一宇宙速度,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:由万有引力提供向心力,
得:G=m
,
解得:v=;
A、由此可知轨道半径越大时,线速度越小,所以当轨道半径等于地球半径时的第一宇宙速度为最大环绕速度,故A错误,B正确.
C、第一宇宙速度,这是卫星绕地球做圆周运动的最小发射速度7.9km/s,若7.9 km/s≤v<11.2 km/s,物体绕地球运行(环绕速度),故C正确.
D、由v= 可知;此速度是近地圆形轨道上人造地球卫星匀速运行速度,故D正确.
故选:BCD.
在对第一宇宙速度的理解中,第一宇宙速度是人造卫星的______环绕速度,第一宇宙速度是人造卫星的______发射速度.(填“最小”或“最大”)
正确答案
最大
最小
解析
解:由G=m
可知,人造卫星在圆轨道上运行时,运行速度为v=
,所以轨道半径越小,速度越大,由于第一宇宙速度对应的轨道半径为近地轨道半径,半径最小,故第一宇宙速度是卫星在圆轨道上运行的最大速度,也是近地圆形轨道上人造卫星的运行速度;
它是人造地球卫星的最小发射速度.
故答案为:最大,最小.
物体A从距离地面某高度处由静止开始下落,落地时速度刚好等于地球的第一宇宙速度.已知地球半径为R,以无穷远为零势能面,物体在距地球球心为r(r≥R)的位置处重力势能为Ep=-(其中M为地球质量,m为物体的质量),不计物体运动中所受的阻力,则物体A从距地面多高处下落?( )
正确答案
解析
解:设第一宇宙速度为v,由牛顿第二定律可得:
故有:Ek=mv2=
W物体在地球表面的重力势能为:
故此时物体的机械能总量为:E=
所以,设物体下落高度为h,则有:
故有:h=R.
故选:A.
若取地球的第一宇宙速度为8km/s,某行星的密度与地球密度相近,半径是地球的倍,则此行星的第一宇宙速度约为( )
正确答案
解析
解:设行星的第一宇宙速度为v1,质量为M,半径为R,地球的第一宇宙速度为v1,地球质量为M0,半径为R0.卫星的质量为m.
则根据万有引力等于向心力,得:
G=m
,
解得:v1=;同理得,v2=
.
又M=ρ•,M0=ρ•
πR03.
联立上四式得:=
=
,
得:v1==
8km/s=4km/s
故选:B
关于第一宇宙速度,下列说法哪些是正确的?( )
正确答案
解析
解:A、人造卫星在圆轨道上运行时,运行速度v=,轨道半径越小,速度越大,故第一宇宙速度是卫星在圆轨道上运行的最大速度,故A错误,B正确.
C、在近地面发射人造卫星时,若发射速度等于第一宇宙速度,重力恰好等于向心力,做匀速圆周运动,若发射速度大于第一宇宙速度,重力不足提供向心力,做离心运动,即会在椭圆轨道运动,故C正确.D错误.
故选:BC.
第一宇宙速度7.9km/s,是发射人造地球卫星的______发射速度,是人造卫星绕地球匀速圆周运动的______环绕速度.(选填“最大”或“最小”)
正确答案
最小
最大
解析
解:根据万有引力提供向心力可对绕地球表面圆周运动的卫星m,
列牛顿第二定律:有G=m
=mg,
解得:v==7.9km/s
第一宇宙速度是人造卫星在地球表面做圆周运动的最大运行速度,同时也是最小发射速度,
故答案为:最小.最大.
物体在地面附近绕地球做圆周运动时的速度就叫做地球第一宇宙速度.关于第一宇宙速度,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:已知第一宇宙速度的公式是v1=①
根据万有引力等于重力得:mg= ②
由①②得:v1= (米/秒),将g=9.8米/秒,R=6.4×106米代入速度公式
即V1=7.9km/s.故A错误;
B、由第一宇宙速度的公式是v1=可得,当半径越大时,其运动速度越小.所以它是卫星能绕地球做匀速圆周运动的最大速度.故B正确;
C、不同星球都有各自的第一宇宙速度,但与星球环绕的中心天体无关.故C错误;
D、若已知金星的半径和金星表面的重力加速度,根据第一宇宙速度的公式v=,即可求解,故D正确;
故选:BD.
若地球表面重力加速度g=9.8m/s2,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、第一宇宙速度7.9km/s是在地面发射人造卫星所需的最小速度,也是圆行近地轨道的环绕速度,也是圆形轨道上速度的最大值.故A正确;
B、在地球表面处物体万有引力等于重力,绕地球做匀速圆周运动并离地球最近的人造卫星由万有引力提供向心力.
所以绕地球做匀速圆周运动并离地球最近的人造卫星重力提供向心力,即mg=ma
所以绕地球做匀速圆周运动并离地球最近的人造卫星的向心加速度为9.8m/s2.故B正确;
C、卫星处于完全失重状态,但不是平衡状态,故C错误;
D、由万有引力提供向心力,即=
解得:T=2π,轨道半径越大,周期越大.
同步卫星的周期是24小时,所以绕地球做匀速圆周运动的人造卫星运转周期可以大于24小时,
但是轨道半径不能小于地球半径,所以绕地球做匀速圆周运动的人造卫星运转周期有最小值,即84min,故D错误;
故选:AB.
某行星的半径是地球半径的3倍,质量是地球质量的36倍.则该行星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的( )
正确答案
解析
解:设地球质量M,某星球质量36M,地球半径r,某星球半径3r
由万有引力提供向心力做匀速圆周运动得:=m
,
解得:卫星在圆轨道上运行时的速度公式v=
分别代入地球和某星球的各物理量得:v地球=
v星球=
解得:v星球=2v地球,故D正确,ABC错误;
故选:D.
某星球直径为d,宇航员在该星球表面以初速度v.竖直上抛一个物体,物体上升的最大高度为h,若物体只受该星球引力作用,则该星球的第一宇宙速度为( )
正确答案
解析
解:在该星球表面以初速度v0竖直上抛出一物体,则该物体上升的最大高度为H.
由v02=2gh,得:g=,
根据mg=m
而R=
得该星球的第一宇宙速度为:v==
,故D正确,ABC错误;
故选:D.
第一宇宙速度是指物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度,向心力由万有引力提供,=GM
得v=______,其大小为______.
正确答案
解:第一宇宙速度是指物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度,
向心力由万有引力提供,=GM
得:v= ①
由GM=mg
得到:GM=gr2 ②
由①②解得:v=7.9km/s
故答案为:; 7.9 km/s.
解析
解:第一宇宙速度是指物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度,
向心力由万有引力提供,=GM
得:v= ①
由GM=mg
得到:GM=gr2 ②
由①②解得:v=7.9km/s
故答案为:; 7.9 km/s.
人造卫星要发射成功,发射速度不得小于7.9km/s.______(判断对错)
正确答案
对
解析
解:物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度,大小为7.9km/s;在地面附近发射飞行器,如果速度等于7.9km/s,飞行器恰好做匀速圆周运动,如果速度小于7.9km/s,就出现万有引力大于飞行器做圆周运动所需的向心力,做近心运动而落地,所以发射速度不能小于7.9km/s;由卫星运行的速度表达式v=知,它是人造地球卫星在圆轨道上运行的最大速度.
故答案为:对.
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