- 万有引力与航天
- 共16469题
“嫦娥三号”于2013年12月14日21时11分降落在距离地球38万公里的月球上,中国成为继苏联、美国之后的第三个在月球成功实现探测器软着陆的国家.着陆前“嫦娥三号”曾在离月面100m处悬停避障,然后缓速下降,离月面4m时,7500N变推力发动机关机,“嫦娥三号”做自由落体运动降落在月球虹湾以东地区(19.51W,44.12N),已知月表重力加速度为地表重力加速度的六分之一,下列说法正确的是(g取9.8m/s2)( )
正确答案
解析
解:A、悬停时“嫦娥三号”受到的重力和发动机的推力是一对平衡力,F=mg月=,故A正确.
B、应该先向北喷气,再向南喷气,才能悬停在落月点的正上方,故B错误.
CD、变推力发动机关机后,在月球上的着陆速度为v2=2g月h月,在地球上有同样的规律v2=2gh地
所以,故C错误、D正确.
故选:AD.
月球的质量约为7.35×1022kg绕地球运行的轨道半径是3.84×105km运行的周期是27.3天,则月球受到地球所施的向心力的大小是______N.(保留3位有效数字)
正确答案
2.00×1020
解析
解:根据向心力的计算公式F=,代入数据得
F=N=2.00×1020N
故答案为:2.00×1020.
我国航天事业取得了突飞猛进地发展,航天技术位于世界前列,在航天控制中心对其正上方某卫星测控时,测得从发送“操作指令”到接收到卫星“已操作”的信息需要的时间为2t(设卫星接收到“操作指令”后立即操作,并立即发送“已操作”的信息到控制中心),测得该卫星运行周期为T,地球半径为R,电磁波的传播速度为c,由此可以求出地球的质量为( )
正确答案
解析
解:由x=vt可得:
卫星与地球的距离为x=C(2t)=Ct
卫星的半径为:r=R+x=R+Ct;
由万有引力公式可得:
解得:M=
故选:B.
已知M地=81M月,R地=3.8R月,地球表面g地=10m/s2.在地球表面和月球表面的高度为h处都用v0的初速度水平抛出一颗石子,求石子分别在地球上和月球上飞行的水平距离之比.
正确答案
解:根据得:g=
;
M地=81M月,R地=3.8R月,则有:
根据h=得:t=
,
则水平距离为:x=v0t=.
知石子在地球和月球上飞行的水平距离之比为::1.
答:石子分别在地球上和月球上飞行的水平距离之比为0.42:1.
解析
解:根据得:g=
;
M地=81M月,R地=3.8R月,则有:
根据h=得:t=
,
则水平距离为:x=v0t=.
知石子在地球和月球上飞行的水平距离之比为::1.
答:石子分别在地球上和月球上飞行的水平距离之比为0.42:1.
某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为地球半径R的2倍,已知地面附近的重力加速度为g.试求该人造地球卫星运动时的:
(1)向心加速度的大小;
(2)周期.
正确答案
解:(1)设地球的质量为M,人造地球卫星的质量为m,在地面附近有:
mg=
对于轨道上的人造地球卫星有:ma=
联立以上两式解得这颗人造地球卫星的向心加速度大小为:a=
(2)根据公式
解得该人造地球卫星的周期为:T=
答:(1)向心加速度的大小为;
(2)周期为.
解析
解:(1)设地球的质量为M,人造地球卫星的质量为m,在地面附近有:
mg=
对于轨道上的人造地球卫星有:ma=
联立以上两式解得这颗人造地球卫星的向心加速度大小为:a=
(2)根据公式
解得该人造地球卫星的周期为:T=
答:(1)向心加速度的大小为;
(2)周期为.
一宇航员到达半径为R、密度均匀的某星球表面,做如下实验:用不可伸长的轻绳拴一质量为m的小球,上端固定在O点,如图甲所示,在最低点给小球某一初速度,使其绕O点的竖直面内做圆周运动,测得绳的拉力F大小随时间t的变化规律如图乙所示.F1=7F2,设R、m、引力常量G以及F1为已知量,忽略各种阻力.以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、设砝码在最低点时细线的拉力为F1,速度为v1,则
F1-mg=m ①
设砝码在最高点细线的拉力为F2,速度为v2,则
F2+mg=m ②
由机械能守恒定律得 mg2r+mV22=
mV12 ③
由①、②、③解得
g= ④
F1=7F2,
所以该星球表面的重力加速度为.故A正确.
B、根据万有引力提供向心力得:
=
卫星绕该星球的第一宇宙速度为v=,故B错误.
C、在星球表面,万有引力近似等于重力
G=m′g ⑤
由④、⑤解得
M=,故C正确.
D、小球在最高点受重力和绳子拉力,根据牛顿运动定律得:
F2+mg=m≥mg
所以小球在最高点的最小速v2≥.故D错误.
故选AC.
科学家在望远镜中看到太阳系外某一恒星有一行星,并测得它围绕该恒星运行一周所用的时间为1200年,它与该恒星的距离为地球到太阳距离的100倍. 假定该行星绕恒星运行的轨道和地球绕太阳运行的轨道都是圆周,仅利用以上两个数据可以求出的量有( )
正确答案
解析
解:行星绕恒星做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,设恒星质量为M,行星质量为m,轨道半径为r,有
G=m(
)2r=m
①
解得:M=,v=
同理,太阳质量为:M′=,v′=
A、由于该行星的周期为1200年,地球的公转周期为1年,则有:T:T′=1200:1;题中有:r:r′=100:1,故可以求得恒星质量与太阳质量之比,故A错误;
B、由于恒星与太阳的体积均不知,故无法求出它们的密度之比,故B错误;
C、由于①式中,行星质量可以约去,故无法求得行星质量,也不能求出地球的质量,故C错误.
D、由于能求出行星质量与太阳质量之比,已知r:r′=100:1,所以可求出行星运行速度与地球公转速度之比,故D正确.
故选:D.
对某行星的一颗卫星进行观测,已知运行的轨迹是半径为r的圆周,周期为T,
(1)求该行星的质量;
(2)测得行星的半径为卫星轨道半径的,则此行星表面重力加速度为多大?
正确答案
解:(1)由G=m
可得:
行星的质量:M=;
(2)由G=mg得:
g=G=
答:(1)行星的质量为;(2)重力加速度为
.
解析
解:(1)由G=m
可得:
行星的质量:M=;
(2)由G=mg得:
g=G=
答:(1)行星的质量为;(2)重力加速度为
.
高一8班某位同学体重600N,其在地球表面重力可看成与其所受的万有引力相等,则地球的质量为______㎏.(地球半径取R=6400Km,g=10m/s2,引力常数G=6.67×10-11m/kg.s)
正确答案
6.0×1024
解析
解:根据地球表面的物体受到的重力等于万有引力,得
M=
故答案为:6.0×1024
我国自主研制的“嫦娥三号”,携带“玉兔”月球车已于2013年12月2日1时30分在西昌卫星发射中心发射升空,落月点有一个富有诗意的名字---“广寒宫”.若已知月球质量为m月,半径为R,引力常量为G,以下说法正确的是( )
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;
根据万有引力提供向心力得:=
在月球上发射一颗绕它作圆形轨道运行的卫星的最大运行速度为:v=,故A错误;
B、根据万有引力提供向心力得:=
;解得:T=2π
;
故卫星的轨道半径增大,周期也在增大,故卫星的最小周期为2πR,故B错误;
C、D、忽略月球自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式:=mg;解得:g=
;
在月球上以初速度v0竖直上抛一个物体,物体落回到抛出点所用时间:t==
;
物体上升的最大高度:h==
;故C正确,D错误.
故选:C.
太阳与地球的距离为1.5×1011m,地球的公转周期为1年.假设太阳系等比例缩小.即天体的直径和间距同比例变小;且各天体的平均密度不变.当太阳与地球的距离减小为0.75×1011m时,地球的公转周期为( )
正确答案
解析
解:设天体原来的半径为r,太阳和地球原来的距离为R,当太阳与地球的距离减小为0.75×1011m=×1.5×1011m时,
由于天体的密度不变而半径减半,导致天体的质量减小,所以有
地球绕太阳做圆周运动由万有引力充当向心力.所以有,整理得
,与原来相同,即公转周期不变,仍为1年,故B正确.
故选:B.
我国的“探月工程”目前已经实现了嫦娥三号“落月”,为了实现这一目标,2010年10月1日发射的嫦娥二号进行了“撞月”实验,为嫦娥三号落月奠定了坚实的基础.把嫦娥二号、月球绕地球的运行轨道进行简化,如图所示,椭圆轨道Ⅰ为从地球发射出去的嫦娥二号运行轨道,圆轨道Ⅱ为月球的运行轨道.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、嫦娥二号从a运动到b的过程中,地球的万有引力对嫦娥二号做负功,其动能减小,速度减小,则嫦娥二号在b点速度小于a点速度,故A错误.
B、根据牛顿第二定律得:G=m卫a,得 a=G
,则由于a点比月球离地球近,所以嫦娥二号在a点时加速度值比月球绕地球运行的加速度值大,故B正确.
C、嫦娥二号在轨道Ⅱ上要在a点进入轨道Ⅰ必须经过变轨,加速或减速,所以嫦娥二号在b、c两点时的速度与月球绕地球运行的速度大小不等,故C错误.
D、由a=G,可知嫦娥二号在b、c两点时的加速度值与月球绕地球运行的加速度相等,故D错误.
故选:B
2007年9月24日,“嫦娥一号”探月卫星发射升空,实现了中华民族千年奔月的梦想.“嫦娥一号”卫星在距月球表面200公里、周期127分钟的圆形轨道上绕月球做匀速圆周运动.已知月球半径约为1700km,引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2,忽略地球对“嫦娥一号”的引力作用.由以上数据不可以估算出的物理量是( )
正确答案
解析
解:设该卫星的运行周期为T、质量为m,月球的半径为R、质量为M,距地面的高度为h.
卫星运行时万有引力提供向心力,则=
r
r=R+h,T=127min
A、由上式知,月球质量M=,故A正确.
B、月球的平均密度ρ=,V=
,可见可求出月球的平均密度ρ.故B正确.
C、根据=mg得,g=
,则知可求出月球表面的重力加速度.故C正确.
D、根据题意无法求出月球绕地球公转的周期,故D错误
本题选不可以估算出的物理量,故选:D
2005年10月12日,“神舟六号”飞船顺利升空后,在离地面340km的圆轨道上运行了73圈.运行中需要多次进行“轨道维持”.所谓“轨道维持”就是通过控制飞船上发动机的点火时间、推力的大小和方向,使飞船能保持在预定轨道上稳定运行.如果不进行轨道维持,由于飞船在轨道上运动受摩擦阻力的作用,轨道高度会逐渐缓慢降低,在这种情况下,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,,可得:
F=,r减小时,万有引力减小;a=
,r减小时,向心加速度增大;v=
,r减小时,v增大;
,r减小时,T减小;
ω=,r减小时,T减小,角速度增大,故A错误,B正确;
C、轨道高度逐渐降低,即飞船的高度降低、重力势能减少,速度将增大、动能增大,重力势能转化为动能;由于飞船受轨道上稀薄空气的影响,飞船要克服空气阻力做功,飞船的机械能减少,转化为内能,故C错误,D正确.
故选BD
某人在星球表面以速率v竖直抛一物体,经时间t落回手中,已知该星球半径为R,则该星球的第一宇宙速度为( )
正确答案
解析
解:根据运动学公式得,g=,根据mg=
,第一宇宙速度v=
.故C正确,A、B、D错误.
故选C.
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