- 万有引力与航天
- 共16469题
某星球的半径为R,在该星球表面高H处自由释放一物体,经时间t落到该星球表面上,万有引力常量为G,不计一切阻力.求:
(1)该星球表面的重力加速度;
(2)该星球的平均密度.
正确答案
解:(1)物体在星球表面做自由落体运动,设星球表面的重力加速度为g,由自由落体运动规律,有:
H=…①
解得:g=…②
(2)设该星球表面附近一物体质量为m,有:
G=mg…③
星球的平均密度 ρ=…④
联立解得:ρ=…⑤
答:(1)该星球表面的重力加速度是;
(2)该星球的平均密度是.
解析
解:(1)物体在星球表面做自由落体运动,设星球表面的重力加速度为g,由自由落体运动规律,有:
H=…①
解得:g=…②
(2)设该星球表面附近一物体质量为m,有:
G=mg…③
星球的平均密度 ρ=…④
联立解得:ρ=…⑤
答:(1)该星球表面的重力加速度是;
(2)该星球的平均密度是.
若地球绕太阳公转周期及其公转轨道半径分别为T和R,月球绕地球公转周期和公转半径分别为t和r,则太阳质量与地球质量之比为( )
正确答案
解析
解:地球绕太阳公转,由太阳的万有引力提供地球的向心力,则得:G=m
解得太阳的质量为:M=
月球绕地球公转,由地球的万有引力提供月球的向心力,则得:G
解得月球的质量为:m=
所以太阳质量与地球质量之比为:=
故选:A
探月飞船以速度v贴近月球表面做匀速圆周运动,测出圆周运动的周期为T.则( )
正确答案
解析
解:AC、探月飞船以速度v贴近月球表面做匀速圆周运动,测出圆周运动的周期为T.
根据圆周运动的公式得探月飞船的轨道半径r=,
根据万有引力提供向心力,=m
所以可以求出月球的质量,不能求出探月飞船的质量,故A错误,C错误;
B、贴近月球表面做匀速圆周运动,轨道半径可以认为就是月球半径,所以月球的半径R=,故B正确;
D、飞船若要离开月球返回地球,必须启动助推器使飞船加速,做离心运动,故D正确;
故选:BD.
由A、B两个星球组成的“双星”系统中,已知A、B间的距离为d,A、B的质量之比为4:3,则A星球的轨道半径为______.
正确答案
解析
解:双星靠相互间的万有引力提供向心力,周期相等.根据G=m1r1ω2=m2r2ω2得:
半径r1:r2=m2:m1=3:4
而r1+r2=d,则r1=
故答案为:
由于地球自转的影响,地球表面的重力加速度会随纬度的变化而有所不同.已知地球表面两极处的重力加速度大小为g0,在赤道处的重力加速度大小为g,地球自转的周期为T,引力常量为G.假设地球可视为质量均匀分布的球体.求:
(1)质量为m的物体在地球北极所受地球对它的万有引力的大小;
(2)地球的半径;
(3)地球的密度.
正确答案
解:(1)质量为m的物体在两极所受地球的引力等于其所受的重力.
即F=mg0
(2)设地球的质量为M,半径为R,在赤道处随地球做圆周运动物体的质量为m.
物体在赤道处随地球自转做圆周运动的周期等于地球自转的周期,轨道半径等于地球半径.
根据万有引力定律和牛顿第二定律有-mg=m
R
在赤道的物体所受地球的引力等于其在两极所受的重力即根据卫星运动的特点:越远越慢,知道在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期=mg0
解得 R=
(3)因为,所以 M=
又因地球的体积V=πR3,所以 ρ=
=
答:(1)质量为m的物体在地球北极所受地球对它的万有引力的大小mg0;
(2)地球的半径;
(3)地球的密度.
解析
解:(1)质量为m的物体在两极所受地球的引力等于其所受的重力.
即F=mg0
(2)设地球的质量为M,半径为R,在赤道处随地球做圆周运动物体的质量为m.
物体在赤道处随地球自转做圆周运动的周期等于地球自转的周期,轨道半径等于地球半径.
根据万有引力定律和牛顿第二定律有-mg=m
R
在赤道的物体所受地球的引力等于其在两极所受的重力即根据卫星运动的特点:越远越慢,知道在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期=mg0
解得 R=
(3)因为,所以 M=
又因地球的体积V=πR3,所以 ρ=
=
答:(1)质量为m的物体在地球北极所受地球对它的万有引力的大小mg0;
(2)地球的半径;
(3)地球的密度.
质量为60kg的宇航员,他在离地面高度等于地球半径的圆形轨道上绕地球运行时,他所受地球的吸引力是______N,这时他对卫星中的座椅的压力是______N(地面重力加速度g0=10m/s2).
正确答案
150
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=×60×10=150N;
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:150;0.
(2015春•房山区校级月考)某天文台测得一颗卫星绕某行星做匀速圆周运动的轨道半径为r,周期为T,已知万有引力常量为G.求:
(1)该卫星绕行星运动的向心加速度多大?
(2)该行星的质量是多少?
正确答案
解:(1)测得一颗卫星绕某行星做匀速圆周运动的轨道半径为r,周期为T,
根据圆周运动向心加速度公式得
a=
(2)根据万有引力提供向心力得
=m
M=,
答:(1)该卫星绕行星运动的向心加速度是;
(2)该行星的质量是.
解析
解:(1)测得一颗卫星绕某行星做匀速圆周运动的轨道半径为r,周期为T,
根据圆周运动向心加速度公式得
a=
(2)根据万有引力提供向心力得
=m
M=,
答:(1)该卫星绕行星运动的向心加速度是;
(2)该行星的质量是.
某同学在学习中记录了一些与地球、月球有关的数据资料如表所示,利用这些数据来计算地球表面对月球表面间的距离s,则下列结果中正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、由题,激光器发出激光束从发出到接收的时间为t=2.565s,光速为c,则s=.故A正确.
B、由题,月球绕地球转动的线速度为v=1km/s,周期T=27.3s,则月球公转的半径为R′=,s=R′-R-r=
-R-r.故B正确.
C、月球表面的重力加速度g′与月球绕地球转动的线速度v没有关系,不能得到g′=,则不能求出
.故C错误.
D、以月球为研究对象,月球绕地球公转时,由地球的万有引力提供向心力.设地球质量为M,月球的质量为m,则得,
又在地球表面,有
联立上两式得,R′=
则s=R′-R-r=-R-r.故D正确.
故选:ABD.
为了探测X星球,载着登陆舱的探测飞船在以该星球中心为圆心,半径为r1的圆轨道上运动,周期为T1.总质量为m1.随后登陆舱脱离飞船,变轨到离星球更近的半径为r2的圆轨道上运动,此时登陆舱的质量为m2则( )
正确答案
解析
解:A、研究飞船绕星球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式:
得出:M=,故A正确.
B、根据圆周运动知识,a=只能表示在半径为r1的圆轨道上向心加速度,而不等于X星球表面的重力加速度,故B错误.
C、研究登陆舱绕星球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力有:
在半径为r的圆轨道上运动:=m
得出:v=
,表达式里M为中心体星球的质量,R为运动的轨道半径.
所以登陆舱在r1与r2轨道上运动时的速度大小之比为=
=
,故C错误.
D、研究登陆舱绕星球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式:
在半径为r的圆轨道上运动:=m
得出:T=2π
.表达式里M为中心体星球的质量,R为运动的轨道半径.所以登陆舱在r1与r2轨道上运动时的周期大小之比为:
=
,所以T2=T1
,故D正确.
故选AD.
(2015秋•如皋市期末)“行星冲日”是指当地球恰好运行到某地外行星和太阳之间且三者排成一条直线的天文现象.2014年4月9日发生了火星冲日的现象.已知火星和地球绕太阳公转的方向相同,轨道都可近似为圆,火星公转轨道半径为地球的1.5倍,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据开普勒第三定律=k,知火星的公转轨道半径地球大,其公转周期比地球大,故A正确;
B、根据公式v=,可知火星的运行速度比地球小,故B错误;
C、对于行星,万有引力提供向心力,故:,故a=
,与地球轨道半径相比,火星的轨道半径r大,故向心加速度小,故C正确;
D、地球公转周期为1年,而火星的周期大于1年,2014年4月9日发生了火星冲日的现象,所以不是每年出现火星冲日现象,故D正确;
故选:ACD
我国志愿者王跃曾与俄罗斯志愿者一起进行“火星-500”的模拟实验活动.假设王跃登陆火星后,测得火星的半径是地球半径的,质量是地球质量的
.已知地球表面的重力加速度是g,地球的半径为R,王跃在地球表面能竖直向上跳起的最大高度为h,忽略自转的影响.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由,得到:g=
,已知火星半径是地球半径的
,质量是地球质量的
,
则火星表面的重力加速度是地球表重力加速度的,即为g′=
设火星质量为M′,由万有引力等于中可得:G,
解得:M′=,
密度为:ρ==
.故A正确;
B、由A分析知,火星表面的重力加速度g′=,故B确;
C、由G,得到v=
,火星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的
倍.故C错误;
D、王跃以v0在地球起跳时,根据竖直上抛的运动规律得出可跳的最大高度是:h=,
由于火星表面的重力加速度是,王跃以相同的初速度在火星上起跳时,可跳的最大高度h′=
,D正确.
故选:ABD
1976年10月,剑桥大学研究生贝尔偶然发现一个奇怪的射电源,它每隔1.337s发射一个脉冲信号.贝尔和她的导师曾认为他们和外星文明接上了头.后来大家认识到事情没有这么浪漫,这类天体被定名为“脉冲星”.“脉冲星”的特点是脉冲周期短,且周期高度稳定.这意味着脉冲星一定进行着准确的周期运动,自转就是一种很准确的周期运动.
(1)已知蟹状星云的中心星PS0531是一颗脉冲星,其周期为0.33s.PS0531的脉冲现象来自自转.设阻止该星离心瓦解的力是万有引力.估计PS0531的最小密度.
(2)如果PS0531的质量等于太阳质量,该星的可能半径最大是多少?(太阳质量M=1030kg)
正确答案
解:(1)脉冲星不瓦解的临界条件是:该星球表面的物质受星体的万有引力恰提供向心力.
设:表面有一块质量为m的物体,则:
又:;
联立得:
kg/m3(2)由:
得:
脉冲星最大半径为:
代入数据得:R=5.7×102km
答:(1)PS0531的最小密度ρ=1.3×1012kg/m3(2)该星的可能半径最大是R=5.7×102km
解析
解:(1)脉冲星不瓦解的临界条件是:该星球表面的物质受星体的万有引力恰提供向心力.
设:表面有一块质量为m的物体,则:
又:;
联立得:
kg/m3(2)由:
得:
脉冲星最大半径为:
代入数据得:R=5.7×102km
答:(1)PS0531的最小密度ρ=1.3×1012kg/m3(2)该星的可能半径最大是R=5.7×102km
某一行星的半径为R,观测它的一颗卫星运动的周期为T,轨道半径为r,若把卫星的运动看成匀速圆周运动,求:
(1)行星的质量;
(2)行星的密度;(已知球的体积公式为V球=πR3)
正确答案
解:(1)由题意知,行星对卫星的万有引力提供卫星圆周运动的向心力有:
可得行星的质量M=
(2)根据密度公式知行星的密度
=
答:(1)行星的质量为;
(2)行星的密度为.
解析
解:(1)由题意知,行星对卫星的万有引力提供卫星圆周运动的向心力有:
可得行星的质量M=
(2)根据密度公式知行星的密度
=
答:(1)行星的质量为;
(2)行星的密度为.
要计算出月球的质量,除知道引力常量G外,还需知道( )
正确答案
解析
解:A、知道月球绕地球运行的周期及月地距离,根据牛顿第二定律,有:
G=m
解得:
M=
只能求解中心天体地球的质量,故A错误;
B、月球绕地球运行的速度和地球的质量,根据牛顿第二定律,有:
G=m
解得:
M=
只能求解中心天体地球的质量,故B错误;
C、知道月球半径和登月舱在月面附近的绕行周期,根据牛顿第二定律,有:
G=m
解得:
M=
可以求解月球的质量,故C正确;
D、知道月球半径及登月舱的质量,无法列式求解月球的质量,故D错误;
故选:C.
假设是半径为R的质量均匀分布的球体,地球绕太阳可看成做匀速圆周运动,其轨道半径为r.不考虑空气的影响,万有引力常量为G.
(1)若测得地球绕太阳公转的周期为T,求太阳的质量;
(2)用弹簧秤称一个小物体的重:在地球北极地面测量时,弹簧秤的读数是F0;在北极上空高出地面h处测量时,弹簧秤读数为F1;求比值的表达式.
正确答案
解:(1)设太阳和地球的质量分别为M、m,地球绕太阳做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,则有:
解得:M=
(2)设小物体质量为m′,在北极地面称量时,有:
在北极上空高为h处,称量时,有:;
解得:=
答:(1)太阳的质量;
(2)比值的表达式
.
解析
解:(1)设太阳和地球的质量分别为M、m,地球绕太阳做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,则有:
解得:M=
(2)设小物体质量为m′,在北极地面称量时,有:
在北极上空高为h处,称量时,有:;
解得:=
答:(1)太阳的质量;
(2)比值的表达式
.
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