- 万有引力与航天
- 共16469题
随着我国嫦娥二号的发射成功,人们对于月球的关注程度也日益增加.根据现有的科学数据:月球表面的重力加速度约为地球表面的重力加速度的六分之一,本题计算时可取g月=(地球表面的重力加速度g取10m/s2),且月球表面没有大气层.试分析下面的问题:在距月球表面30m处自由释放一个小球,(计算结果保留2位有效数字):
(1)则小球从释放开始到落至地面所用时间为多少?
(2)小球从释放开始下落第3s内的位移为多少?
正确答案
解:(1)小球做自由落体运动,根据:H=知
小球从释放开始到落至地面所用时间:t==6s
(2)第3s内的位移为h==
m
答:(1)则小球从释放开始到落至地面所用时间为6s(2)小球从释放开始下落第3s内的位移为m
解析
解:(1)小球做自由落体运动,根据:H=知
小球从释放开始到落至地面所用时间:t==6s
(2)第3s内的位移为h==
m
答:(1)则小球从释放开始到落至地面所用时间为6s(2)小球从释放开始下落第3s内的位移为m
一宇航员在月球上以速率v0竖直上抛一物体,物体上升的最大高度为h,已知月球半径为R,自转周期为T,引力常量为G,则下列计算式正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由于月球的轨道半径、周期均未知,无法求出月球绕地球做圆周运动的向心加速度,故A错误.
B、月球表面的重力加速度g=,根据
得,月球的质量M=
=
,故B正确.
C、根据mg=得,月球的第一宇宙速度v=
,故C正确.
D、根据得,又GM=gR2,解得月球同步卫星的高度
,故D错误.
故选:BC.
两颗离得很近的恒星称为双星,这两颗星必须以一定角速度绕某一中心转动,才不至于由于万行引力作用而吸引在一起.已知质量分别为m1、m2,相互之间的距离为L,试求出:
(1)这两颗星转动中心的位置距m1的距离;
(2)这两颗星的转动周期.
正确答案
解:(1)根据万有引力提供向心力有:,
,
则有:m1r1=m2(L-r1).
解得.
(2)根据,
,
代入r1,联立解得T=.
答:(1)这两颗星转动中心的位置距m1的距离为;
(2)这两颗星的转动周期为.
解析
解:(1)根据万有引力提供向心力有:,
,
则有:m1r1=m2(L-r1).
解得.
(2)根据,
,
代入r1,联立解得T=.
答:(1)这两颗星转动中心的位置距m1的距离为;
(2)这两颗星的转动周期为.
1990年5月,紫金山天文台将他们发现的第2752号小行星命名为吴健雄星,该小行星的半径为16km.若将此小行星和地球均看成质量分布均匀的球体,小行星密度与地球相同.已知地球半径R=6400km,地球表面重力加速度为g.这个小行星表面的重力加速度为( )
正确答案
解析
解:由于小行星密度与地球相同,
所以小行星质量与地球质量之比为=
,
根据星球表面万有引力等于重力,列出等式:=mg 得:g=
,
所以小行星表面的重力加速度与地球表面的重力加速度之比为=
=
,
所以这个小行星表面的重力加速度为,
故选B.
“2003年10月15日9时,在我国神舟五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射,把中国第一位航天员杨利伟送入太空.飞船绕地球飞行14圈后,于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场.”根据以上消息,近似地把飞船从发射到降落到全部运动看做绕地球的匀速圆周运动,试估算神舟五号绕地球飞行时距地面的高度(已知地球的质量M=6.0×1024kg,地球的半径R=6.4×103km)
正确答案
解:由题意知飞船绕地球飞行14圈用时间为21h23min,所以飞船的周期
T=
飞船飞行时万有引力提供圆周运动向心力有:
可得卫星距地面的高度
h==
.4×103×103m≈3×105m
答:神舟五号绕地球飞行时距地面的高度大约为3×105m.
解析
解:由题意知飞船绕地球飞行14圈用时间为21h23min,所以飞船的周期
T=
飞船飞行时万有引力提供圆周运动向心力有:
可得卫星距地面的高度
h==
.4×103×103m≈3×105m
答:神舟五号绕地球飞行时距地面的高度大约为3×105m.
2011年7月11日23时41分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭,成功将“天链一号02星”送入太空.火箭飞行约26分钟后,西安卫星测控中心传来的数据表明,星箭分离,卫星成功进入地球同步转移轨道.“天链一号02星”是我国第二颗地球同步轨道数据中继卫星,又称跟踪和数据中继卫星,由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院为主研制.中继卫星被誉为“卫星的卫星”,是航天器太空运行的数据“中转站”,用于转发地球站对中低轨道航天器的跟踪测控信号和中继航天器发回地面的信息的地球静止通信卫星.已知地球半径R,地球表面的重力加速度g,地球自转周期T.无线电波的传播速度为光速c.
(1)求“天链一号02星”的轨道半径;
(2)某次有一个赤道地面基站发送一个无线电波信号,需要位于赤道地面基站正上方的“天链一号02星”把该信号转发到同轨道的一个航天器,如果航天器与“天链一号02星”处于同轨道最远可通信距离的情况下,求从地面基站发送无线电波信号到航天器接收到该信号的时间.
正确答案
解:(1)天链一号02号是地球的同步卫星,它的周期与地球自转周期相等.万有引力等于向心力,有:
G=mr
黄金代换式:
GM=gR2
解得:r=
(2)天链一号02星与航天器之间的最远时的示意图如图所示,由几何关系可知:
s=2
所以共用时间:
t=
答:(1)“天链一号02星”的轨道半径为;
(2)从地面基站发送无线电波信号到航天器接收到该信号的时间为.
解析
解:(1)天链一号02号是地球的同步卫星,它的周期与地球自转周期相等.万有引力等于向心力,有:
G=mr
黄金代换式:
GM=gR2
解得:r=
(2)天链一号02星与航天器之间的最远时的示意图如图所示,由几何关系可知:
s=2
所以共用时间:
t=
答:(1)“天链一号02星”的轨道半径为;
(2)从地面基站发送无线电波信号到航天器接收到该信号的时间为.
设地球半径为R.某物体在地球表面上受到地球对它的吸引力为400N,为使此物体受到的引力减为100N,物体距地心的距离为______R.
正确答案
2
解析
解:由题意知,在地球表面有: ①
当物体受到引力为100N时,即为地球表面的时,有
②
由①②两式可解得:r=2R
故答案为:2.
地球绕太阳公转的周期为T1,轨道半径为R1,月球绕地球公转的周期为T2,轨道半径为R2,则太阳的质量是地球质量的______倍.
正确答案
解析
解:根据得,
.
根据,解得
.
则.
故答案为:.
为了迎接太空时代的到来,美国国会通过了一项计划,在2050年前建造太空升降机,就是把长绳的一端搁置在地球的卫星上,另一端系住升降机,放开绳,升降机能到达地球上,人坐在升降机里,在卫星上通过电动机把升降机拉到卫星上.已知地球表面的重力加速度g=10m/s2,地球半径R=6400km.某人在地球表面用弹簧测力计称得重800N,站在升降机中,当升降机以加速度a=g(g为地球表面处的重力加速度)垂直地面上升,这时此人再一次用同一弹簧测力计称得视重为850N,忽略地球公转的影响,求升降机此时距地面的高度.
正确答案
解:因地球表面的重力加速度为g,则mg=800N…①
设升降机所在处的重力加速度为g′,
由牛顿第二定律得:
F-mg′=ma即F=m(g′+a)=850N…②
且a=g…③
由①②③得g′=m/s2;
由万有引力等于物体所在处的重力,得…④
…⑤
由④⑤解得:h=3R=1.92×107m
答:升降机此时距地面的高度1.92×107m.
解析
解:因地球表面的重力加速度为g,则mg=800N…①
设升降机所在处的重力加速度为g′,
由牛顿第二定律得:
F-mg′=ma即F=m(g′+a)=850N…②
且a=g…③
由①②③得g′=m/s2;
由万有引力等于物体所在处的重力,得…④
…⑤
由④⑤解得:h=3R=1.92×107m
答:升降机此时距地面的高度1.92×107m.
荡秋千是同学们喜爱的一项体育活动.随着科技的迅速发展,将来的某一天,你也许会在火星上享受荡秋千的乐趣.假设某同学乘坐宇宙飞船飞近火星,进入靠近火星表面的圆形轨道绕火星数圈,测出飞船绕火星表面运转的周期为T.着陆后在火星上荡秋千,将荡秋千的人视为质点,秋千摆线长度不变,摆线质量不计,摆角(摆绳与竖直方向的夹角)小于90°,已知火星的半径为R,引力常量为G.求:
(1)火星的质量;
(2)火星表面重力加速度的大小;
(3)若该同学和秋千的总质量是m,秋千摆线长l,经过最低点速度为v时,秋千摆线的拉力是多大?
正确答案
解:(1)飞船在火星附近飞行,万有引力提供向心力,
由牛顿第二定律得:G=m
R
解得火星质量:M=;
(2)在火星表面的物体所受重力等于万有引力,
即:G=m′g,解得:g=
;
(3)秋千经过最低点时,由牛顿第二定律得:
F-mg=m,解得:F=
+m
;
答:(1)火星的质量为;(2)火星表面重力加速度的大小为
;(3)经过最低点速度为v时,秋千摆线的拉力是:
+m
.
解析
解:(1)飞船在火星附近飞行,万有引力提供向心力,
由牛顿第二定律得:G=m
R
解得火星质量:M=;
(2)在火星表面的物体所受重力等于万有引力,
即:G=m′g,解得:g=
;
(3)秋千经过最低点时,由牛顿第二定律得:
F-mg=m,解得:F=
+m
;
答:(1)火星的质量为;(2)火星表面重力加速度的大小为
;(3)经过最低点速度为v时,秋千摆线的拉力是:
+m
.
火星质量与地球质量之比为p,火星半径与地球半径之比为q;地球表面重力加速度为g,地球半径为R,则火星探测器环绕火星做圆周运动的最大速率为( )
正确答案
解析
解:火星探测器环绕火星表面做圆周运动时速率最大,根据万有引力等于向心力得:
G=m
①
在地球表面,根据重力等于万有引力得:m′g=G ②
由①:②得:v==
故选:A.
某行星沿椭圆轨道运行,近日点离太阳距离为a,远日点离太阳的距离为b,过近日点时行星的速率为va,则过远日点时的速率为______.
正确答案
vb
解析
解: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,有:
a•va•△t=
b•vb•△t
得到:vb=va.
故答案为:vb.
万有引力的表达式为( )
正确答案
解析
解:万有引力定律内容为:自然界中任何两个物体都是相互吸引的,引力的大小与两物体的质量的乘积成正比,与两物体间的距离的二次成反比,作用力在两个物体的连线上.公式为:F=.则D正确
故选:D
两个靠近的天体称为双星,它们以两者连线上某点O为圆心做匀速圆周运动,其质量分别为m1、m2,如图所示,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:在双星问题中它们的角速度相等,设两星之间的距离为L,则有:
=m1ω2r1 ①
=m2ω2r2 ②
联立①②可得:m1r1=m2r2,即轨道半径和质量成反比,同时由万有引力公式可知向心力与质量的乘积成正比.
综上分析可知,B错误,ACD正确.
故选:ACD.
设两人造地球卫星的质量比为1:2,到地球球心的距离比为3:1,则它们的( )
正确答案
解析
解:卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供卫星做圆周运动的向心力;
A、由牛顿第二定律得:G=m
r,解得:T=2π
,则:
=
=
,故A错误;
B、由牛顿第二定律得:G=m
,解得:v=
,则:
=
=
,故B错误;
C、由牛顿第二定律得:G=ma,解得:a=
,则:
=
=
,故C正确;
D、万有引力提供向心力,向心力之比等于万有引力之比,则:=
=
×
=
,故D错误;
故选:C.
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