- 万有引力与航天
- 共16469题
假设地球可视为质量均匀分布的球体,已知地球表面重力加速度在两极的大小为g0,赤道的大小为g;地球自转的周期为T,引力常量为G.则地球的密度为( )
正确答案
解析
解:在两极,引力等于重力,则有:mg0=G,
由此可得地球质量M=,
在赤道处,引力与支持力的合力提供向心力,由牛顿第二定律,则有:G-mg=m
,
而密度公式,
ρ==
,故B正确,ACD错误;
故选:B.
火星探索移民计划“火星一号”,不久前面向全球招募火星移民志愿者,4名华人入选.若志愿者到达火星以后,在火星表面高H处以速度v平抛一小球,测得小球的水平飞行距离为L,将火星视为密度均匀、半径为r的球体,则火星的密度为( )
正确答案
解析
解:小球做平抛运动,根据分运动公式,有:
H=
L=vt
联立解得:g=
在火星表面,重力等于万有引力,故:mg=G
其中:M=
联立解得:ρ==
故选:B.
2009年12月24日,美国的一个研究小组宣布,他们在蛇夫星座中发现一颗富含水份的行星“GJl214b”.“GJl214b”距离地球约40光年,体积约为地球的2.7倍,质量约是地球的6.5倍,环绕着一颗比太阳小且温度低的红矮星运行,轨道半径为209万公里,公转周期为38小时.已知地球半径为6400km,地球表面的重力加速度为9.8m/s2,引力常量G为6.67×10-11N•m2•kg-2.由以上信息可估算出( )
正确答案
解析
解:设红矮星的质量为M,体积为S1;地球的质量为m,体积为S,半径为r=6400km,表面重力加速度为g=9.8m/s2;则“GJl214b”行星的质量为6.5m,体积为2.7S,绕红矮星轨道半径为R=209万公里,向心力为F,公转速度为V,公转周期为T=38小时;
(1)据“GJl214b”行星的公转运动和万有引力充当向心力,
可得 ①
另据公转速度 ②
把②代入①可得红矮星的质量 (其中R、T、G均为常量,直接代入数字即可估算出红矮星的质量) ③
红矮星的密度= (其中S1为未知量,无法估算出红矮星的密度) ④
(2)设地球表面一物体质量为m1,
据万有引力充当重力得 转换得
⑤
地球的体积 ⑥
则“GJl214b”行星的质量= (直接代入即可估算出行星的质量) ⑦
“GJl214b”行星的体积=(为常量,代入即可估算体积) ⑧
由③⑦⑧可知选项 ACD正确,由④可知选项 B错误
故选 ACD.
下列各组数据中,能计算出地球质量的是( )
正确答案
解析
解:A、地球绕太阳做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
r,其中:M为太阳的质量,m为地球的质量,解得:M=
,能估算太阳的质量,不能求出地球的质量,故A错误.
B、月球绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
r,其中:M为地球的质量,m为月球的质量,解得:M=
,已知:月球绕地球运行的周期T及月、地间距离r,可以求出地球的质量,故B正确.
C、人造地球卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
r,其中:M为地球的质量,m为人造地球卫星的质量,解得:M=
,已知:人造地球卫星绕地球运行的周期T及月、地间距离r,可以求出地球的质量,故C正确.
D、由:M=可知,只知道地球同步卫星离地面的高度h,不知道地球半径R,估算不出地球的质量.故D错误;
故选:BC.
质量为70kg的宇航员,他在离地面高度等于地球半径的圆形轨道上,随宇宙飞船绕地球一起绕地球运行时,他受到地球的引力是______N,这时他对座椅的压力为______N.(g=10m/s2)
正确答案
175
0
解析
解:设地球质量为M,地球半径是R,
重力等于万有引力;mg=G,g=
,
宇航员受到的引力=
=
,
宇航员受到的引力F=×70×10=175N;
宇航员随飞船一起绕地球运行,处于完全失重状态,他对座椅的压力为0.
故答案为:175;0.
已知引力常量G和下列备组数据,不能计算出地球质量的是( )
正确答案
解析
解:A、地球绕太阳运动的周期和地球与太阳的距离,根据万有引力提供向心力,其中地球质量在等式中消去,只能求出太阳的质量M.也就是说只能求出中心体的质量.故A错误.
B、地球对月球的万有引力提供向心力
=m
r,
月球绕地球运行的周期及月球离地球的距离,所以可以计算出地球质量,故B正确;
C、已知人造地球卫星在地面附近运行的速度v和运行周期T,依据=
,v=
可解得地球质量,故C正确.
D、已知地球半径R和地球表面重力加速度g,依据=m0g,可以解得地球质量,故D正确.
本题选不能计算出地球质量的,故选:A.
某物体在地面上受到地球对它的万有引力为F,为使此物体受到的引力减少到,应把此物体置于距地面的高度为(R指地球半径)( )
正确答案
解析
解:根据万有引力定律表达式得:F=,其中r为物体到地球中心的距离.
某物体在地球表面,受到地球的万有引力为F,此时r=R,
若此物体受到的引力减小为,根据F=
得出此时物体到地球中心的距离为:r′=4R,
所以物体距离地面的高度应为3R.
故选:C.
对于质量分别为m1和m2的两个物体间的万有引力的表达式F=G,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、当两物体间的距离趋向于零时,万有引力定律公式F=G,不再适用,故A错误.
B、公式中的G是引力常量,它是由卡文迪许通过实验得出的,而不是人为规定的,故B正确.
C、根据牛顿第三定律,相互作用的两个物体,之间的作用力大小相等,方向相反,与质量无关,故C错误.
D、m1和m2所受的万有引力大小总是相等的,方向相反,是一对相互作用力.故D正确.
故选:BD
荡秋千是大家喜爱的一项体育活动,随着科技的迅速发展,将来的某一天,同学们也许会在其他星球上享受荡秋千的乐趣,若你在半径为R的某星球上荡秋千,经过最低位置时的速度为υ0,摆到的最大高度(相对于最低点的竖直距离)为h(摆角小于90°),万有引力常量为G,由以上数据可以求出( )
正确答案
解析
解:A、秋千在最高点时速度为零,根据动能定理有可得星球表面重力加速度
,故A正确;
B、在星球表面重力与万有引力相等可得星球质量M=
,由A知可求得g,由星球半径和引力常量可以求出星球的质量,故B正确;
C、由星球的质量和表面重力加速度无法求得星球的自转周期,故C错误;
D、在星球表面重力与万有引力相等,第一宇宙速度是近星卫星的运行速度,故有可得第一宇宙速度v=
,由A知可以求得星球表面的重力加速度故可得星球的第一宇宙速度,故D正确.
故选:ABD.
一艘宇宙飞船飞近某一新发现的行星,并进入靠近该行星表面的圆形轨道绕行数圈后,着陆在该行星上.飞船上备有以下实 验器材:
①精确秒表一只;
②已知质量为m的物体一个;
③弹簧秤一个.
若宇航员在绕行时及着陆后各作了一次测量,依据测量数据,可求出该星球的半径及星球的质量(已知万有引力常量为G,忽略行星的自转).
(1)宇航员两次测量的物理量分别应是什么?
(2)用所测数据求出该星球的半径及星球质量的表达式.
正确答案
解:对于在轨道上的飞船,万有引力等于向心力:G=m
R=F
解得:R=
解上式还得到:M=,
把R的值代入得:M=(
)3=
因而需要用计时表测量周期T,用弹簧秤测量物体的重力F.
答:(1)周期T,物体重力FG
(2)半径R=,星球质量的表达式M=
.
解析
解:对于在轨道上的飞船,万有引力等于向心力:G=m
R=F
解得:R=
解上式还得到:M=,
把R的值代入得:M=(
)3=
因而需要用计时表测量周期T,用弹簧秤测量物体的重力F.
答:(1)周期T,物体重力FG
(2)半径R=,星球质量的表达式M=
.
(2016•乌鲁木齐一模)若银河系内每个星球贴近其表面运行的卫星的周期用T表示,被环绕的星球的平均密度用ρ表示.
与ρ的关系图象如图所示,已知万有引力常量G=6.67×10-11N•m2/kg2.则该图象的斜率约为( )
正确答案
解析
解:令该星球的半径为R,则星球的体积V=
卫星绕星球做匀速圆周运动,由万有引力提供卫星圆周运动的向心力,则有
G=m
R
得星球的质量 M=
所以星球的密度为 ρ=
联立解得 ρ=
则得 =
ρ
由数学知识知,与ρ的关系图象斜率 k=
=
≈7×10-12N•m2/kg2.
故选:C
已知地球的半径为R,地球表面的重力加速度为g.则离地面高度为2R处的重力加速度为______.
正确答案
解析
解:根据题意有:
在地面上物体受到的重力等于万有引力 ①
在高度为2R的位置处,重力等于万有引力 ②
由①和②得:g′==
故答案为:.
宇宙飞船以周期为T绕地球做圆周运动时,由于地球遮挡阳光,会经历“日全食”过程,如图所示.已知地球的半径为R,地球质量为M,引力常量为G,地球自转周期为T0.太阳光可看作平行光,宇航员在A点测出的张角为α,则( )
①飞船绕地球运动的线速度为
②一天内飞船经历“日全食”的次数为
③飞船每次“日全食”过程的时间为
④飞船周期为T=.
正确答案
解析
解:①、飞船绕地球匀速圆周运动
∵线速度为v=
又由几何关系知sin()=
⇒r=
∴v=
故①正确;
②、地球自转一圈时间为To,
飞船绕地球一圈时间为T,
飞船绕一圈会有一次日全食,
所以每过时间T就有一次日全食,
得一天内飞船经历“日全食”的次数为,故②错误;
③、由几何关系,飞船每次“日全食”过程的时间内飞船转过α角
所需的时间为t=,故③错误;
④、万有引力提供向心力则
∵G=m
⇒T=.故④正确;
故选:D.
物体沿质量为M、半径为R星球的表面做匀速圆周运动所需的速度v1叫做该星球第一宇宙速度;只要物体在该星球表面具有足够大的速度v2,就可以脱离该星球的万有引力而飞离星球(即到达到距星球无穷远处),这个速度叫做该星球第二宇宙速度.理论上可以证明v2=v1.一旦该星球第二宇宙速度的大小超过了光速C=3.0×108m,则该星球上的任何物体(包括光子)都无法摆脱该星球的引力,于是它就将与外界断绝了一切物质和信息的交流.从宇宙的其他部分看来,它就像是消失了一样,这就是所谓的“黑洞”.试分析一颗质量为M=2.0×1031kg的恒星,当它的半径坍塌为多大时就会成为一个“黑洞”?(计算时取引力常量G=6.7×10-11N•m2/kg2,答案保留一位有效数字.)
正确答案
解:根据万有引力是物体沿星球表面做匀速圆周运动的向心力:
又知:
由题知若黑洞形成,则第二宇宙速度至少要大于光速,令:v2=C
由以上三式得:
答:一颗质量为M=2.0×1031kg的恒星,当它的半径坍塌为3×104m时就会成为一个“黑洞”.
解析
解:根据万有引力是物体沿星球表面做匀速圆周运动的向心力:
又知:
由题知若黑洞形成,则第二宇宙速度至少要大于光速,令:v2=C
由以上三式得:
答:一颗质量为M=2.0×1031kg的恒星,当它的半径坍塌为3×104m时就会成为一个“黑洞”.
2013年12月2日1时30分我国成功发射“嫦娥三号”,于12月14日21时11分在月球正面的虹湾以东地区着陆.12月15日凌晨,“嫦娥三号”搭载的“玉兔”号月球探测器成功与“嫦娥三号”进行器件分离,我国航天器首次实现在地外天体的软着陆,表明中国航天技术获得了重大进展.
某同学提出设想:“玉兔”号月球车登陆月球后,利用月球车附属机械装置进行科学实验,让单摆在月球表面做小幅度振动,测出单摆摆长为L,单摆振动周期为T(已知月球的半径为R,万有引力常量为G,可认为此月球表面的物体受到的重力等于物体与月球之间的万有引力),则可求:
(1)月球表面的重力加速度g;
(2)月球的质量M;
(3)月球的第一宇宙速度v.
正确答案
解:(1)根据单摆周期公式
解得:
(2)在月球表面,物体受到的重力等于物体与月球间的万有引力,设物体的质量为m0,
有
解得:
(3)设月球的第一宇宙速度为v,设卫星的质量为m
根据重力提供向心力
解得:
答:(1)月球表面的重力加速度g为;
(2)月球的质量M为;
(3)月球的第一宇宙速度v为.
解析
解:(1)根据单摆周期公式
解得:
(2)在月球表面,物体受到的重力等于物体与月球间的万有引力,设物体的质量为m0,
有
解得:
(3)设月球的第一宇宙速度为v,设卫星的质量为m
根据重力提供向心力
解得:
答:(1)月球表面的重力加速度g为;
(2)月球的质量M为;
(3)月球的第一宇宙速度v为.
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