- 万有引力与航天
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飞船沿半径为R的圆周绕地球运动其周期为T,地球半径为R0,若飞船要返回地面,可在轨道上某点A处将速率降到适当的数值,从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运行,椭圆与地球表面在B点相切,求飞船由A点到B点所需要的时间为______.
正确答案
T
解析
解:根据题意得椭圆轨道的半长轴r=.
根据开普勒第三定律得,=
,
因为r=,
解得T′= T.
则飞船由A点到B点的运动时间t==
T.
故答案为: T.
下列公式中无法在实验室验证的是( )
正确答案
解析
解:A、F=m是验证向心力和线速度、半径的关系式,可以在实验中得到验证
B、v=,是验证线速度和周期、半径的关系式,可以在实验中得到验证
C、=k是开普勒在观察太阳系行星运动时得到的规律,在实验中不能验证
D、F=ma是验证合力、加速度与质量的关系式,可以在实验中得到验证
本题选无法在实验室验证的,故选:C.
根据德国天文学家开普勒的行星运动三定律,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B: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.可知:选项A错误,选项B正确.
C: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:,则知离太阳较近的行星,围绕太阳转一周的时间短,∴选项C错误.
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,可知地球绕太阳有近日点和远日点之分,近日点快,远日点慢,∴选项D错误.
故选:B.
关于开普勒行星运动的公式,以下说法正确的是( )
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、不同星球的行星,因质量的不同,则k值可能不同,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.
把太阳系各行星的运动近似看作匀速圆周运动,则离太阳越远的行星( )
正确答案
解析
解:设太阳质量为M,行星质量为m,轨道半径为r,
根据万有引力提供向心力得
=
=
=mω2r=ma
A、周期T=2π,离太阳越远,轨道半径r越大,周期越大,故A正确;
B、线速度v=,离太阳越远,轨道半径r越大,线速度越小,故B正确;
C、角速度ω=,离太阳越远,轨道半径r越大,角速度越小,故C错误;
D、加速度a=,离太阳越远,轨道半径r越大,加速度越小,故D错误;
故选:AB.
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,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
B、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.
在太阳系中,有八大行星围绕太阳运行,按照距太阳的距离排列,由近及远依次是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星.那么它们绕太阳运行的周期最短的是______.
正确答案
水星
解析
解:根据开普勒第三定律内容,太阳系中所有行星的轨道半长轴的3次方与其公转周期的平方的比值都相等,
即=k,对围绕同一中心天体运行的行星(或卫星)都相同.
按照距太阳的距离排列,由近及远依次是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星,
所以它们绕太阳运行的周期最短的是水星.
故答案为:水星
(2015秋•洛阳校级期末)如图所示,某行星沿椭圆轨道运行A为远日点,离太阳的距离为a,B为近日点,离太阳的距离为,过远日点时行星的速率为va,过近日点时的速率为vb.已知图中的两个阴影部分的面积相等,则( )
正确答案
解析
解:AB、取极短时间△t,根据开普勒第二定律得:
a•va•△t=
b•vb•△t
得到vb=va,故A错误,B正确;
C、已知图中的两个阴影部分的面积相等,那么它们的运动时间相等,故C错误;
D、由开普勒第一定律,则太阳一定在该椭圆的一个焦点上,故D正确;
故选:BD.
冥王星绕太阳的公转轨道是个椭圆,公转周期为T0,其近日点到太阳的距离为a,远日点到太阳的距离为b,半短轴的长度为c,如图所示.若太阳的质量为M,万有引力常量为G,忽略其他行星对它的影响,则( )
正确答案
解析
解:A、根据第二定律: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.所以冥王星从A→B→C的过程中,冥王星与太阳的距离增大,速率逐渐变小,故A正确;
B、公转周期为T0,冥王星从A→C的过程中所用的时间是0.5T0,
由于冥王星从A→B→C的过程中,速率逐渐变小,从A→B与从B→C的路程相等,
所以冥王星从A→B所用的时间小于,故B错误;
C、冥王星从B→C→D的过程中,万有引力方向先与速度方向成钝角,过了C点后万有引力方向与速度方向成锐角,所以万有引力对它先做负功后做正功,故C错误;
D、根据万有引力充当向心力知=ma知,冥王星在B点的加速度为
,故D错误;
故选:A.
开普勒行星运动三定律不仅适用于行星绕太阳运动,也适用卫星绕行星的运动.某一人造卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为月球绕地球轨道半径的,此卫星绕地球运行的周期是( )
正确答案
解析
解;根据G=mr(
)2得,T=
则卫星与月球的周期之比为=
=
.
月球绕地球运行周期大约为27天,
则卫星的周期为T星═5.77 天.故B正确,A、C、D错误.
故选:B.
某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆.每过N年,该行星会运行到日地连线的延长线上,如图所示.该行星与地球的公转半径比为( )
正确答案
解析
解:A、B、C、D:由图可知行星的轨道半径大,那么由开普勒第三定律知其周期长.每过N年,该行星会运行到日地连线的延长线上,说明从最初在日地连线的延长线上开始,每一年地球都在行星的前面比行星多转圆周的N分之一,N年后地球转了N圈,比行星多转1圈,即行星转了N-1圈,从而再次在日地连线的延长线上.所以行星的周期是年,根据开普勒第三定律有
,即:
=
=
,所以,选项A、C、D错误,选项B正确.
故选:B.
我们研究了开普勒第三定律,知道了行星绕恒星的运动轨道近似是圆形,周期T的平方与轨道半径 R的三次方的比为常数,则该常数的大小( )
正确答案
解析
解:开普勒第三定律中的公式=K,
式中的k只与恒星的质量有关,与行星质量无关,故A正确,BCD错误
故选A.
把太阳系各行星的运动近似看作匀速圆周运动,比较各行星周期,则离太阳越远的行星( )
正确答案
解析
解:设太阳质量为M,行星质量为m,轨道半径为r,
由牛顿第二定律得:,得
,即则离太阳越远的行星,周期越大.故B正确,ACD错误.
故选:B.
开普勒第三定律表达式为______;已知火星公转的轨道半径是地球公转半径的1.5倍,根据开普勒第三定律可得火星的公转周期是______年(取2位小数).
正确答案
1.84
解析
解:开普勒第三定律,也称周期定律:是指绕以太阳为焦点的椭圆轨道运行的所有行星,其椭圆轨道半长轴的立方与周期的平方之比是一个常量.
即
已知火星公转的轨道半径是地球公转半径的1.5倍,
=
解得火星的公转周期是1.84年,
故答案为:,1.84
火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行,根据开普勒行星运动定律可知( )
正确答案
解析
解:A、第二定律: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.行星在此椭圆轨道上运动的速度大小不断变化,故A错误;
B、若行星的公转周期为T,则,常量K行星无关,与中心天体有关,故B正确;
C、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C错误;
D、第二定律: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,是对同一个行星而言,故D错误;
故选:B.
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