- 万有引力与航天
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地球的第一宇宙速度为______km/s,若某星球表面的重力加速度为地表重力加速度的2倍,半径为地球半径的,则该星球的第一宇宙速度约为______km/s(答案均保留两位有效数字)
正确答案
7.9
4.0
解析
解:地球第一宇宙速度为7.9km/s;
根据万有引力提供向心力为:F引=G=m
得:V==
则有:=
=
得:V星=V地=
×7.9km/s=4.0km/s
故答案为:7.9km/s,4.0km/s.
一颗小行星的半径为128Km,它的密度与地球的密度相同,已知地球半径为6400km,地球的第一宇宙速度为8km/s,则该小行星的第一宇宙速度为______m/s.
正确答案
160
解析
解:已知地球半径为R=6400km,地球上第一宇宙速度为V=8km/s,密度为ρ,小行星的半径为128km,
根据万有引力提供向心力得:则有G=m
,
M=ρπR3,
解得:V==2R
①
小行星的第一宇宙速度表达式为:v1=2r ②
把①②两式取比值得:v1==160m/s,
故答案为:160.
下列关于地球的第一宇宙速度的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、第二宇宙速度又称为逃逸速.故A错误;
B、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B正确;C错误;
D、由于第一宇宙速度绕地球距离最小,所以它是卫星被发射的最小速度,但根据可知,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D错误.
故选:B.
有一星球的密度与地球的密度相同,它表面处的重力加速度为地球表面处重力加速度的k倍.已知地球的半径为R;第一宇宙速度为v;质量为M.若该星球的半径、第一宇宙速度、质量分别用R1、v1、M1表示,则以下成立的是( )
正确答案
解析
解:A、由,与M=ρ
,则有:R=
,即半径与表面重力加速度成正比,因此R1=kR,故A正确,B错误;
C、根据v1=,则有:M1=
=
Rv2=k3M,故C正确;
D、根据v=,则有:v1=
,故D正确;
故选:ACD.
在地球的圆轨道上运动的人造卫星,它到地球表面的距离等于地球半径R,设在地球表面的重力加速度为g,求:
(1)地球的第一宇宙速度
(2)该卫星运动的周期.
正确答案
解:①根据G=
得第一宇宙速度v=
又忽略地球的自转有根据G=mg
故GM=gR2
故地球的第一宇宙速度v=
②对于卫星来说有=
2R
故得该卫星运动的周期T==4π
解析
解:①根据G=
得第一宇宙速度v=
又忽略地球的自转有根据G=mg
故GM=gR2
故地球的第一宇宙速度v=
②对于卫星来说有=
2R
故得该卫星运动的周期T==4π
星球上的物体在星球表面附近绕星球做匀速圆周运动所必须具备的速度v1叫做第一宇宙速度,物体脱离星球引力所需要的最小速度v2叫做第二宇宙速度,v2与v1的关系是.已知某星球的半径为r,它表面的重力加速度是地球表面重力加速度g的
.若不计其他星球的影响,则该星球的第一宇宙速度v1和第二宇宙速度v2分别是( )
正确答案
解析
解:设地球的质量为M,半径为r,绕其飞行的卫星质量m,
由万有引力提供向心力得:G=m
①
在地球表面G=mg②
第一宇宙速度时R=r
联立①②知v=
利用类比的关系知某星体第一宇宙速度为v1==
第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系是v2=v1;
即v2==
,故B正确,ACD错误;
故选:B.
已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,不考虑地球自转的影响.求:
(1)地球第一宇宙速度v1的表达式;
(2)若卫星绕地球做匀速圆周运动,运行轨道距离地面高度为h,卫星的运行周期T的表达式.
正确答案
解:(1)设卫星的质量为m,地球的质量为M,不考虑地球自转的影响,在地球表面物体所受重力等于地球对物体的引力
①
整理得G M=R 2g
卫星在地表附近做匀速圆周运动受到的万有引力提供向心力
②
①式代入 ②式,得到 v1=
(2)若卫星在距地面高为h上空做匀速圆周运动时,所受到的万有引力为:
③
由牛顿第二定律:
④
①、③、④联立解得
T=
答:(1)地球第一宇宙速度的表达式v1=;
(2)若卫星绕地球做匀速圆周运动,运行轨道距离地面高度为h,卫星的运行周期T的表达式T=.
解析
解:(1)设卫星的质量为m,地球的质量为M,不考虑地球自转的影响,在地球表面物体所受重力等于地球对物体的引力
①
整理得G M=R 2g
卫星在地表附近做匀速圆周运动受到的万有引力提供向心力
②
①式代入 ②式,得到 v1=
(2)若卫星在距地面高为h上空做匀速圆周运动时,所受到的万有引力为:
③
由牛顿第二定律:
④
①、③、④联立解得
T=
答:(1)地球第一宇宙速度的表达式v1=;
(2)若卫星绕地球做匀速圆周运动,运行轨道距离地面高度为h,卫星的运行周期T的表达式T=.
假设地球和火星均为球体且均不考虑它们自转的影响,已知火星的质量约为地球质量的0.1倍,火星的半径约为地球半径的0.5倍,则火星上的第一宇宙速度与地球上的第一宇宙速度之比约为( )
正确答案
解析
解:由万有引力提供向心力可知:
F向心力=F引=G=m
得第一宇宙速度为:V=
得:V火:V地==
=
,故C正确,ABD错误;
故选:C.
已知地球表面附近的重力加速度为g,地球的半径为R,则地球的第一宇宙速度为(用字母表述)______; 地球第一宇宙速度的大小为(具体数值)______km/s.第二宇宙速度的大小为(具体数值)______km/s.
正确答案
7.9
11.2
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
第一宇宙速度的数值等于地球表面圆周运动的卫星的速度7.9km/s.
第二宇宙速度是物体挣脱地球引力的束缚而成为绕太阳运行的人造行星,或飞到其他行星上去的飞船所具有的最小速度,也叫脱离速度.即速度达到11.2km/s时,物体摆脱地球的束缚.
故答案为:;7.9;11.2.
在地面上发射飞行器,如果发射速度大于7.9km/s,而小于11.2km/s,则它将( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力公式:=
,在半径一定的情况下,速度越大,所需要的向心力越大.如果向心力不足,物体将做离心运动.物体在地球表面轨道上运动时,受到的向心力刚好对应的速度就是7.9km/s.超过就要做离心运动.而要完全脱离地球引力,需要的速度为11.2km/s.
所以,当速度在7.9-11.2km/s之间时.人造卫星既不能保持在地球附近做圆周运动,又无法完全逃离地球.最终轨迹就是一个椭圆,故B正确,ACD错误.
故选:B.
某星球表面的重力加速度g=10m/s2,半径R=6400千米,请用万有引力定律和向心力公式推导出该星球的第一宇宙速度是多少?
正确答案
解:当卫星在地球表面附近运动行时,受地球的万有引力提供向心力,
即=
得卫星运行速度为:v=
…①
又因为在不考虑地球的自转,地球表面的重力和万有引力相等,故有:mg=,
所以有:GM=gR2…②
将②代入①可得:第一宇宙速度为:
v1==8×103m/s
答:该星球的第一宇宙速度8×103m/s.
解析
解:当卫星在地球表面附近运动行时,受地球的万有引力提供向心力,
即=
得卫星运行速度为:v=
…①
又因为在不考虑地球的自转,地球表面的重力和万有引力相等,故有:mg=,
所以有:GM=gR2…②
将②代入①可得:第一宇宙速度为:
v1==8×103m/s
答:该星球的第一宇宙速度8×103m/s.
2011年中俄将联合实施探测火星活动计划,由中国负责研制的“萤火一号”火星探测器将与俄罗斯研制的“福布斯-土壤”火星探测器一起由俄罗斯“天顶”运载火箭发射前往火星.已知火星的质量约为地球质量的
,火星的半径约为地球半径的
.下列关于火星探测器的说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、火星探测器前往火星,脱离地球引力束缚,还在太阳系内,发射速度应大于第二宇宙速度、可以小于第三宇宙速度,故A、B错误,C正确.
D、由 得,v=
已知火星的质量约为地球的
,火星的半径约为地球半径的
.
火星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的 倍,
火星探测器环绕火星运行的最大速度即为火星的第一宇宙速度,故D错误.
故选C.
假设地球的质量不变,半径增大到原来的2倍,那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度的大小应为原来的( )
正确答案
解析
解:地球的第一宇宙速度是卫星在近地圆轨道上的环绕速度,即轨道半径为地球半径的环绕速度,
则由=m
得
v=
所以第一宇宙速度是,R为地球半径.
地球半径增大到原来的2倍,所以第一宇宙速度(环绕速度)大小应为,即为原来的
倍.
故选:B.
对于地球,第一宇宙速度(环绕速度)等于( )
正确答案
解析
解:根据引力提供向心力,则有=m
再由黄金代换,GM=gR2
由上两式可知:
将g=9.8米/秒,R=6.4×106米代入速度公式v1=,
即v1=≈7.9×103m/s=7.9km/s,故ABC错误,D正确;
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:A、人造卫星在圆轨道上运行时,运行速度为:v=,轨道半径越大,速度越小,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,D正确,
B、第一宇宙速度的得出是根据物体做圆周运动得出的,和轨道是椭圆的物体速度无直接关系.
如果卫星做椭圆运动,在近地点的速度要大于第一宇宙速度,故B错误;
C、它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度,故C错误;
故选:D.
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