- 万有引力与航天
- 共16469题
事实上,地球围绕太阳运动的轨道是椭圆,并且太阳处在椭圆的一个焦点上.如图,已知太阳质量为M,半径为R,地球在近日点离太阳表面的距离为h1,速度为v1,在远日点地球离太阳表面的距离为h2,万有引力常量为G.
求:(1)地球在远日点的速度为多少?
(2)地球在近日点、远日点的加速度各为多少?
正确答案
解:(1)取极短时间△t,
根据开普勒第二定律得行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等,
(R+h1)•v1•△t=
(R+h2)•v2•△t
得到:v2=v1
(2)根据万有引力定律和牛顿第二定律得
地球在近日点:=ma1
地球在远日点:=ma2
解得:a1= a2=
答:(1)地球在远日点的速度是v1
(2)地球在近日点加速度为,远日点的加速度是
.
解析
解:(1)取极短时间△t,
根据开普勒第二定律得行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等,
(R+h1)•v1•△t=
(R+h2)•v2•△t
得到:v2=v1
(2)根据万有引力定律和牛顿第二定律得
地球在近日点:=ma1
地球在远日点:=ma2
解得:a1= a2=
答:(1)地球在远日点的速度是v1
(2)地球在近日点加速度为,远日点的加速度是
.
开普勒关于行星运动规律的表达式为,以下理解正确的是( )
正确答案
解析
解:A、k是一个与行星无关的常量,与恒星的质量有关,故A正确.
B、R代表行星运动的轨道半长轴,故B正确
C、T代表行星运动的公转周期,故C错误,D正确.
故选ABD
设行星绕恒星运动轨道为圆形,则它运动的周期平方与轨道半径的三次方之比=K为常数,此常数的大小( )
正确答案
解析
解:令恒星质量为M,行星质量为m,轨道半径为r,根据万有引力提供圆周运动向心力有:
=
整理可得:=
因为4π2为常量可知,比值只与恒星质量M有关.故A正确,BCD错误.
故选:A.
开普勒第三定律也适用于神州七号飞船的变轨运动.如图所示,飞船与火箭分离后进入预定近地圆形轨道飞行,某一时刻飞船在近地点启动发动机加速,经过较短时间后飞船速度增大并转移到与地球表面相切的椭圆轨道,飞船在远地点再一次点火加速,将沿半径为 r 的圆形轨道绕地球运动,设地球的半径为R,地球表面的重力加速度为g,若不计空气的阻力,试求,神州七号从近地点运动到远地点的时间(变轨时间).
正确答案
解:当飞船沿半径为r的圆形轨道绕地球运动时,根据万有引力提供向心力,有
所以…①
根据开普勒第三定律:,有
…②
又因为:∵…③
由①②③解得:
答:神州七号从近地点运动到远地点的时间为.
解析
解:当飞船沿半径为r的圆形轨道绕地球运动时,根据万有引力提供向心力,有
所以…①
根据开普勒第三定律:,有
…②
又因为:∵…③
由①②③解得:
答:神州七号从近地点运动到远地点的时间为.
关于行星的运动,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由开普勒第三定律=k,所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等,得离太阳越近的行星的运动周期越短,故A正确、BC错误;
D、根据,当轨迹半径越大时,则线速度小,故D错误.
故选:A.
公元1543年,哥白尼临终前在病榻上为其毕生致力的著作《天体运行论》印出的第一本书签上了自己的姓名.这部书预示了地心宇宙论的终结.哥白尼提出行星绕太阳做匀速圆周运动,其运动的示意图如图所示.假设行星只受到太阳的引力,按照哥白尼上述的观点.则离太阳越近的行星( )
正确答案
解析
解:设太阳的质量为M,行星的质量为m,轨道半径为r.
行星绕太阳做圆周运动,万有引力提供向心力,则由牛顿第二定律得:
=m
r=mω2r=ma
T=2π,v=
,ω=
,a=
可知,行星离太远越近,轨道半径r越小,则周期T越小,线速度、角速度、向心加速度越大,故BCD错误;
故选:A.
理论和实践证明,开普勒定律不仅适用于太阳系中的天体运动,而且对一切天体(包括卫星绕行星的运动)都适用.下面对于开普勒第三定律的公式=K,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、开普勒第三定律不仅适用于行星绕太阳的运动,也适用于卫星绕行星的运动.所以也适用于轨道是圆的运动,故A错误
BC、式中的k是与中心星体的质量有关,与绕中心天体旋转的行星(或卫星)无关.故B错误,C正确
D、式中的k是与中心星体的质量有关,已知月球与地球之间的距离,无法求出地球与太阳之间的距离,故D错误
故选:C.
如果牛顿推导的太阳与行星间引力的表达式中,引力的大小与其距离的n次方(n≠2)成反比,各行星的周期与其轨道半径的二次方成正比,则n的值是多大?
正确答案
解:根据题意可知,
解得:T=;
由于行星的周期与其轨道半径的二次方成正比,
因此n=3;
答:则n的值是3.
解析
解:根据题意可知,
解得:T=;
由于行星的周期与其轨道半径的二次方成正比,
因此n=3;
答:则n的值是3.
关于开普勒第三定律中的公式=k,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A:式中的k是与中心星体的质量有关.故A错误.
BCD:开普勒第三定律不仅适用于行星绕太阳的运动,也适用于卫星绕行星的运动.故BC错误,D正确.
故选:D.
地球的公转轨道接近圆,但彗星的运动轨道则是一个非常扁的椭圆.天文学家哈雷曾经在1682年跟踪观测过一颗彗星,他算出这颗彗星轨道的半长轴约等于地球公转半径的18倍(如图),并预言这颗彗星将每隔一定时间就会出现.哈雷的预言得到证实,该彗星被命名为哈雷彗星.哈雷彗星最近出现的时间是1986年,请你根据开普勒行星运动第三定律估算,它下次飞近地球大约在______年.
正确答案
2062
解析
解:设彗星的周期为T1,地球的公转周期为T2由开普勒第三定律得:
.所以1986+76=2062.
故答案为:2062
根据德国天文学家开普勒的行星运动三定律,下列说法不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、开普勒第二定律的内容:太阳到行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等.故A正确;
B、开普勒第一定律的内容为:所有行星分别沿不同大小的椭圆轨道绕太阳运动,太阳处于椭圆的一个焦点上.故B正确.
C、开普勒第三定律的内容为:所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等.其表达式为,则知离太阳较远的行星,围绕太阳转一周的时间长,故C正确.
D:第二定律的内容为:对每一个行星而言,太阳行星的连线在相同时间内扫过的面积相等,而地球绕太阳有近日点和远日点之分,近日点快,远日点慢,故D错误.
本题选择不正确的,故选:D
金星的质量为M1,绕太阳的运动的椭圆轨道半长轴为R1,公转周期为T1.地球的质量为M2,绕太阳运动的椭圆轨道半长轴为R2,公转周期为T2,那么,下面判断正确的是( )
正确答案
解析
解:金星的质量为M1,绕太阳的运动的椭圆轨道半长轴为R1,公转周期为T1.
则由开普勒第三定律中的公式,得
而地球的质量为M2,绕太阳运动的椭圆轨道半长轴为R2,公转周期为T2,
则有
由于同一中心天体,所以K值相同,因此 即为
而公转周期与自身质量无关.
故选:B
关于开普勒行星运动定律,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,故A错误
B、对任意一个行星它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积,故B正确
C、在中,k是与太阳质量有关的常量,故C错误
D、开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳运动,还适用于宇宙中其他卫星绕行星的运动,故D错误
故选B.
2008年9月25日,我国利用“神舟七号”飞船将航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏成功送入太空,9月26日4时04分,“神舟七号”飞船成功变轨,由原来的椭圆轨道变为距地面高度为h(约340km)的圆形轨道.已知飞船的质量为m,地球半径为R,地面处的重力加速度为g,地球自转的角速度为ω,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、飞船由椭圆轨道变为圆形轨道时,轨道半径变大,要使飞船做离心运动才可以,所以在椭圆的远地点处要使飞船加速,飞船才可以做离心运动,变成圆轨道,故A错误.
B、7.9km/s是卫星绕地球运动的最大的环绕速度,是卫星在地球表面做圆周运动时的速度,半径越大,速度越小,神舟七号距地面高度为340km,所以它的速度要小于7.9km/s,故B正确.
C、飞船在圆轨道上运动时,航天员仍受重力的作用,但是重力作为了人做圆周运动的向心力,所以人处于完全失重状态,所以C错误.
D、飞船的运动周期小于地球的自转周期,故飞船的角速度大于地球自转的角速度ω,飞船的线速度v>ω(R+h),飞船的向心加速度a小于地球表面的重力加速度g,根据向心加速度公式a=可知飞船的线速度v2<g(R+h),故飞船在圆轨道上运动的动能满足:
m(R+h)2ω2<Ek<
mg(R+h),所以D正确.
故选:BD.
有两颗行星环绕某恒星转动,它们的运动周期之比为27:1,由开普勒三定律可知它们的轨道半径之比为( )
正确答案
解析
解:根据开普勒第三定律得=k,有两颗行星环绕某恒星转动,k一定,则有:
=
已知TA:TB=27:1,
代入上式得:RA:RB=9:1
故选:B.
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