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题型: 单选题
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单选题

宇航员在地球表面,以一定初速度竖直上抛一小球,测得小球从抛出到返回的时间为t;若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球,小球从抛出到返回时间为25t.若已知该星球的半径与地球半径之比为R2:R1=1:4,空气阻力不计.则(  )

A该星球表面的重力加速度与地球表面重力加速度之比为25:1

B该星球的密度与地球密度之比为4:25

C该星球与地球第一宇宙速度之比为10:1

D在该星球与地球上自相同高度处以相同初速度平抛物体的水平射程之比为25:1

正确答案

B

解析

解:A、竖直上抛具有对称性,上下时间相等,故可得:v0=g•,故星球表面重力加速度和地球表面重力加速度之比为g′:g=1:25,故A错误.

B、由mg=G,解得:M=,密度为:ρ===,故密度之比为:ρ2:ρ1==4:25,故B正确.

C、重力提供向心力,速度为第一宇宙速度,可得:mg=m,解得:v=,故该星球与地球第一宇宙速度之比为=1:10,故C错误.

D、由平抛规律可得:

x=v0t,

h=gt2

解得:

x=v0

故在该星球与地球上自相同高度处以相同初速度平抛物体的水平射程之比:

x′:x===1:5.

故D错误.

故选:B

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题型:简答题
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简答题

已知地球的半径为R,地面的重力加速度为g,万有引力常量为G,如果不考虑地球自转的影响,试推证地球的平均密度的表达式.

正确答案

解:对地球表面任一物体m有:

mg=

得:M=  ①

密度公式  ②

体积V=   ③

由①②③联立解得

答:地球的平均密度的表达式为

解析

解:对地球表面任一物体m有:

mg=

得:M=  ①

密度公式  ②

体积V=   ③

由①②③联立解得

答:地球的平均密度的表达式为

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题型: 多选题
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多选题

2013年12月2日1时30分,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭,成功将“蝉歌三号”探测飞船发射升空,展开本月之旅.“嫦娥三号”首次实现月面巡视勘查和月球软着陆,为我国探月工程开启新的征程.设载着登月舱的探测飞船在以月球中心为圆心,半径为r1的圆轨道上运动时,T1.随后登月舱脱离飞船,变轨到离月球更近的半径r2的圆轨道上运动.万有引力常量为G,则下列说法正确的是(  )

A登月舱在半径为r2的圆轨道上比在半径r1的圆轨道上运动时地角速度大

B登月舱在半径为r2的圆轨道上比在半径为r1的圆轨道上运动时的线速度大

C月球的质量

D登月舱在半径为r2的圆轨道上运动时的周期为

正确答案

A,B

解析

解:A、B、根据万有引力提供向心力,得:G=m,v=

由v=ωr,得:ω==

可知卫星的轨道半径越小,角速度和线速度越大,所以登月舱在半径为r2的圆轨道上比在半径r1的圆轨道上运动时的角速度、线速度都大,故AB正确.

C、登月舱在半径为r1的圆轨道上运动时,由G=mr,则得月球的质量为:M=,故C错误.

D、根据开普勒第三定律有:=,可得:T2=,故D错误.

故选:AB.

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题型: 多选题
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多选题

如图所示,由散乱碎石形成的土星环中,有两个绕土星做匀速圆周运动的小石块a、b,下列说法正确的是(  )

Aa的速度较大

Bb的速度较大

Ca的加速度较大

Db的加速度较大

正确答案

A,C

解析

解:A、B、根据万有引力提供向心力G=m=ma,得:v=,a的半径小于b的半径,所以a的速度较大,故A正确,B错误;

C、D、a=G,a的半径小于b的半径,所以a的加速度较大,故C正确,D错误;

故选AC

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题型: 多选题
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多选题

土星的卫星众多,其中土卫五和土卫六的半径之比为,质量之比为,围绕土星作圆周运动的半径之比为,下列判断正确的是(  )

A土卫五和土卫六的公转周期之比为(

B土星对土卫五和土卫六的万有引力之比为2

C土卫五和土卫六表面的重力加速度之比为2

D土卫五和土卫六的公转速度之比为(

正确答案

A,C,D

解析

解:A、根据开普勒定律中的周期定律=k,土卫五和土卫六的公转周期之比为:=,故A正确;

B、根据万有引力定律公式F=G,土星对土卫五和土卫六的万有引力之比为,故B错误;

C、根据重力加速度公式g=,土卫五和土卫六表面的重力加速度之比为,故C正确;

D、根据v=,土卫五和土卫六的公转速度之比为,故D正确;

故选:ACD.

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题型: 单选题
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单选题

“神舟”八号经过变轨后,最终在距离地球表面约343公里的圆轨道上正常飞行,约90分钟绕地球一圈.则下列说法错误的是(  )

A“神舟”八号绕地球正常飞行时宇航员的加速度小于9.8m/s2

B“神舟”八号绕地球正常飞行的速率可能大于8km/s

C“神舟”八号飞船在轨道上正常飞行时,宇航员处于完全失重状态

D“神舟”八号运行的周期比地球近地卫星的周期大

正确答案

B

解析

解:神州八号卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力;

A、由牛顿第二定律得:G=ma,解得:a=,r>R,所以加速度小于9.8m/s2,故A正确.

B、由牛顿第二定律得:G=m,解得:v=,轨道半径越大,线速度越小,近地轨道上的线速度等于7.9km/s,所以神舟”八号绕地球正常飞行的速率小于8km/s,故B错误.

C、“神舟”八号飞船在轨道上正常飞行时,宇航员会处于完全失重状态,故C正确.

D、由牛顿第二定律得:G=mr,解得:T=2π,轨道半径越大,周期越大,所以“神舟”八号运行的周期比地球近地卫星的周期大,故D正确;

本题选错误的,故选:B.

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题型:简答题
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简答题

某物体在地面上受到的重力为160N,将它放置在卫星中,在卫星以a=g的加速度随火箭向上加速升空的过程中,当物体与卫星中的支持物的相互作用力为120N时,卫星距地球表面有多远?(地球半径R=6.4×103km,g=10m/s2

正确答案

解:物体的质量为m==kg=16kg

设此时火箭上升到离地球表面的高度为h,火箭上物体受到的支持力为N,物体受到的重力为mg′,

据牛顿第二定律:N-mg′=ma   得:

g′==m/s2

 在h高处,根据万有引力等于重力得:

g′=

在地球表面处有:

g=

联立以上各式得:h=R=6.4×103km

答:航天飞机距离地面的高度是6.4×103km.

解析

解:物体的质量为m==kg=16kg

设此时火箭上升到离地球表面的高度为h,火箭上物体受到的支持力为N,物体受到的重力为mg′,

据牛顿第二定律:N-mg′=ma   得:

g′==m/s2

 在h高处,根据万有引力等于重力得:

g′=

在地球表面处有:

g=

联立以上各式得:h=R=6.4×103km

答:航天飞机距离地面的高度是6.4×103km.

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题型: 多选题
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多选题

如果太阳系几何尺寸等比例地缩小,当太阳和地球之间的平均距离为1m时,地球绕太阳公转近似为匀速圆周运动,则下列物理量变化正确的是(假设各星球的密度不变)(  )

A地球受到的向心力比缩小前的大

B地球的向心加速度比缩小前的小

C地球绕太阳公转周期与缩小前的相同

D地球绕太阳公转的线速度比缩小前的大

正确答案

B,C

解析

解:万有引力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:

G=ma=m=m

A、向心力:F=G,太阳系几何尺寸等比例地缩小,各星球的密度不变,由于质量与半径的三次方成正比,故表达式中分子减小的倍数更多,故向心力减小;故A错误;

B、向心加速度:a=,太阳系几何尺寸等比例地缩小,各星球的密度不变,由于质量与半径的三次方成正比,故表达式中分子减小的倍数更多,故向心加速度减小,故B正确;

C、周期:T=2π,太阳系几何尺寸等比例地缩小,各星球的密度不变,由于质量与半径的三次方成正比,故表达式中分子减小的倍数与分母减小的倍数相同,故公转周期不变,故C正确;

D、线速度:v=,太阳系几何尺寸等比例地缩小,各星球的密度不变,由于质量与半径的三次方成正比,故表达式中分子减小的倍数更多,故线速度减小,故D错误;

故选:BC.

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题型: 单选题
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单选题

两个质点之间万有引力大小为F,如果将这两个质点之间的距离变为原来的4倍,其他量不变,那么它们之间的万有引力变为(  )

A

B

C4F

D16F

正确答案

A

解析

解:根据万有引力定律公式F=G可得将这两个质点之间的距离变为原来的4倍,则万有引力的大小变为原来的.故A正确,B、C、D错误.

故选:A.

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题型:简答题
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简答题

(2016•湖南一模)宇航员驾驶宇宙飞船成功登上月球,他在月球表面做了一个实验:在停在月球表面的登陆舱内固定一倾角为θ=30°的斜面,让一个小物体以速度v0沿斜面上冲,利用速度传感器得到其往返运动的v-t图象如图所示,图中t0已知.已知月球的半径为R,万有引力常量为G不考虑月球自转的影响.求:

(1)月球的密度ρ;

(2)宇宙飞船在近月圆轨道绕月球做匀速圆周运动的速度v1

正确答案

解:(1)根据速度时间图线知,上滑的加速度大小

根据上滑的位移和下滑的位移大小相等,有:得,v=,则下滑的加速度大小

根据牛顿第二定律得,a1=gsinθ+μgcosθ,a2=gsinθ-μgcosθ,

联立解得月球表面重力加速度g=

根据mg=得,月球的质量M=

则月球的密度==

(2)根据mg=m得,=

答:(1)月球的密度为

(2)宇宙飞船在近月圆轨道绕月球做匀速圆周运动的速度为

解析

解:(1)根据速度时间图线知,上滑的加速度大小

根据上滑的位移和下滑的位移大小相等,有:得,v=,则下滑的加速度大小

根据牛顿第二定律得,a1=gsinθ+μgcosθ,a2=gsinθ-μgcosθ,

联立解得月球表面重力加速度g=

根据mg=得,月球的质量M=

则月球的密度==

(2)根据mg=m得,=

答:(1)月球的密度为

(2)宇宙飞船在近月圆轨道绕月球做匀速圆周运动的速度为

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题型: 单选题
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单选题

2013年12月2日凌晨2时17分,“嫦娥三号”由“长征三号乙”运载火箭成功送入太空,经过一系列的调控和变轨,“嫦娥三号”最终顺利降落在月球表面.“嫦娥三号”的环月轨道可近似看成是圆轨道.观察“嫦娥三号”在环月轨道上的运动,发现每经过时间t通过的弧长为l,该弧长对应的圆心角为θ弧度,如图所示.已知万有引力常量为G,由此可计算出月球的质量为(  )

AM=

BM=

CM=

DM=

正确答案

B

解析

解:线速度为:v=       ①

角速度为:ω=          ②

根据线速度和角速度的关系公式,有:v=ωr ③

卫星做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:

               ④

联立解得:M=

故B正确、ACD错误.

故选:B.

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题型:填空题
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填空题

天文学家们通过观测的数据确认了银河系中央的黑洞“人马座A*”的质量与太阳质量的倍数关系.研究发现,有一星体S2绕人马座A*做椭圆运动,其轨道半长轴为9.50×102天文单位(地球公转轨道的半径为一个天文单位),人马座A*就处在该椭圆的一个焦点上.观测得到S2星的运动周期为15.2年.

若将S2星的运行轨道视为半径r=9.50×102天文单位的圆轨道,则人马座A*的质量MA与太阳质量MS的比值为______ (结果保留一位有效数字)

正确答案

3.7×106

解析

解:

设地球质量为m1,S2质量为m2.一个天文单位为r.

对地球和太阳,由万有引力提供向心力的周期表达式可得:

       ①

对S2和人马座A*,由万有引力提供向心力的周期表达式可得:

解得:

故答案为:3.7×106

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题型:填空题
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填空题

我们的银河系的恒星中大约四分之一是双星.某双星由质量不等的星体A和B构成,两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点C做匀速圆周运动.由天文观察测得其运动周期为T,A和B的距离为r,已知引力常量为G.由此可求出两星的质量之和为______

正确答案

解析

解:根据万有引力提供向心力有:

解得

故答案为:

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题型:填空题
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填空题

月球质量大约是地球质量的,若地球对月球的引力为F,则月球对地球的引力为:______

正确答案

F

解析

解:万有引力为相互作用力,月球对地球的引力和地球对月球的引力大小相等,方向相反,所以月球对地球的引力为F.

故答案为:F.

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题型:填空题
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填空题

(B)“嫦娥一号”是我国首次发射的探月卫星,它在距离月球表面高度为200km的圆形轨道上运行,运行周期为127分钟.已知引力常量=6.67×10-11N•m2/kg2,月球的半径为1.74×103km,利用以上数据估算月球的质量约为______kg,月球的第一宇宙速度约为______km/s.

正确答案

7.4×1022

1.68

解析

解:1、根据有引力提供嫦娥一号圆周运动的向心力有:

得中心天体月球的质量M=

代入轨道半径r=R+h=1.74×103+200km=1.94×106m,周期T=127min=127×60s=7620s,引力常量G=6.67×10-11N•m2/kg2可得月球质量

M=7.4×1022kg

2、月球的第一宇宙速度为近月卫星运行的速度,根据万有引力提供向心力

=

故答案为:7.4×1022;1.68.

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