- 万有引力与航天
- 共16469题
2010年 10 月 26 日 21时 27 分,北京航天飞行控制中心对“嫦娥二号”卫星实施了降轨控制,卫星成功由轨道半径为a、周期为 T1的极月圆轨道进入远月点距离为 a、周期为T2的椭圆轨道,为在月球虹湾区拍摄图象做好准备,轨道如图所示.则“嫦娥二号”( )
正确答案
解析
解:A、根据开普勒周期定律得:=k,k与中心体有关.
由于圆轨道的半径大于椭圆轨道半径,所以在圆轨道运行周期T1大于它在椭圆轨道运行周期T2.故A错误.
B、在椭圆轨道远地点实施变轨成圆轨道是做逐渐远离圆心的运动,要实现这个运动必须万有引力小于所需向心力,所以应给“嫦娥二号”卫星加速,增加所需的向心力,所以经过圆轨道上A点时的速率大于它经过椭圆轨道上A点时的速率,而圆轨道上的各个位置速率相等,故B正确.
C、“嫦娥二号”卫星变轨前通过椭圆轨道远地点时只有万有引力来提供加速度,变轨后沿圆轨道运动也是只有万有引力来提供加速度,所以相等,故C正确.
D、变轨的时候点火,发动机做功,所以“嫦娥二号”卫星点火变轨,前后的机械能不守恒,而圆轨道上的各个位置机械能相等,故D错误.
在以加速度a=匀加速上升的飞船里,由于超重现象,用弹簧测力计测量一个质量为10kg的物体的重力时,弹簧测力计的示数仅为75N,此时飞船所处的位置距离地球表面的高度为多少?(g=10m/s2,地球半径为6400km)
正确答案
解:根据牛顿第二定律得,F-mg′=ma,解得g′==
,
根据万有引力产生加速度有:
地面处:,
飞船处:,
联立两式解得h=R=6400km.
答:飞船所处的位置距离地球表面的高度为6400km.
解析
解:根据牛顿第二定律得,F-mg′=ma,解得g′==
,
根据万有引力产生加速度有:
地面处:,
飞船处:,
联立两式解得h=R=6400km.
答:飞船所处的位置距离地球表面的高度为6400km.
假设有两个天体,质量分别为m1和m2,它们相距L;其他天体离它们很远,可以认为这两个天体除相互吸引作用外,不受其他外力作用.这两个天体之所以能保持距离不变,完全是由于它们绕着共同“中心”(质心)做匀速圆周运动,它们之间的万有引力作为做圆周运动的向心力,“中心”O位于两个天体的连线上,与两个天体的距离分别为r1和r2.求:
(1)r1、r2各多大;
(2)两天体绕质心O转动的角速度、线速度、周期各多大?
正确答案
解:根据题意作图,对这两个天体而言,它们的运动方程分别为:
…①
…②
以r1+r2=r…③
由以上三式解得:
,
.
将r1和r2的表达式分别代①和②式,
可得角速度为:
.
线速度为:
=
,
=
,
周期为:
.
答:
(1)r1、r2分别为:;
;
(2)两天体绕质心O转动的角速度、线速度分别为:
,
、周期
.
解析
解:根据题意作图,对这两个天体而言,它们的运动方程分别为:
…①
…②
以r1+r2=r…③
由以上三式解得:
,
.
将r1和r2的表达式分别代①和②式,
可得角速度为:
.
线速度为:
=
,
=
,
周期为:
.
答:
(1)r1、r2分别为:;
;
(2)两天体绕质心O转动的角速度、线速度分别为:
,
、周期
.
在某星球上,宇航员用弹簧测力计提着质量为m的物体以加速度a竖直上升的过程中,测力计的示数为F;若宇宙飞船在靠近该星球表面做匀速圆周运动而成为该星球的一颗卫星时,测得其环绕周期为T,请你依据上述数据,试求:
(1)该星球表面的重力加速度g′;
(2)该星球质量M的表达式.(引力常量为G)
正确答案
解:(1)物体m加速上升的过程中,根据牛顿第二定律得:F-mg‘=ma
则
(2)设星球的半径为R,在该星球表面有:
把(1)中求出的g′代入,求得星球的半径为:
设宇宙飞船的质量为m',则环绕星球表面做匀速圆周运动的近地卫星有F引=F向
即
得:
该星球质量M的表达式:
答:
(1)该星球表面的重力加速度g'为-a;
(2)该星球质量M的表达式为.
解析
解:(1)物体m加速上升的过程中,根据牛顿第二定律得:F-mg‘=ma
则
(2)设星球的半径为R,在该星球表面有:
把(1)中求出的g′代入,求得星球的半径为:
设宇宙飞船的质量为m',则环绕星球表面做匀速圆周运动的近地卫星有F引=F向
即
得:
该星球质量M的表达式:
答:
(1)该星球表面的重力加速度g'为-a;
(2)该星球质量M的表达式为.
中子星是恒星演化过程中的一种可能结果,它的密度很大,现有一中子星的质量约为2.1×1030kg,它的半径只有10km,万有引力常量G=6.67×10-11N•m2/kg2,则:
(1)中子星表面的重力加速度是多少?
(2)贴近中子星表面,沿圆轨道运动的小卫星的速度是多少?(计算结果保留2位有效数字)
正确答案
解:由题意知中子星的半径R=10km=10000m
(1)中子星表面重力与万有引力相等有:
可得中子星表面的重力加速度g==
=1.4×1012m/s2
(2)根据万有引力提供圆周运动向心力有:
可得贴近中子星表面的小卫星的运行速度v==
=1.2×108m/s
答:(1)中子星表面的重力加速度是1.4×1012m/s2;
(2)贴近中子星表面,沿圆轨道运动的小卫星的速度是1.2×108m/s.
解析
解:由题意知中子星的半径R=10km=10000m
(1)中子星表面重力与万有引力相等有:
可得中子星表面的重力加速度g==
=1.4×1012m/s2
(2)根据万有引力提供圆周运动向心力有:
可得贴近中子星表面的小卫星的运行速度v==
=1.2×108m/s
答:(1)中子星表面的重力加速度是1.4×1012m/s2;
(2)贴近中子星表面,沿圆轨道运动的小卫星的速度是1.2×108m/s.
(2016春•湖北月考)两个星体A、B在二者间相互引力作用下,分别绕它们连线上某点做周期相等的匀速圆周运动,这样的星体称为双星系统.天文学研究发现,某双星系统在长期的演化过程中,它们的总质量、距离、周期都会发生变化.若某双星系统之间距离为R,经过一段时间后,它们总质量变为原来的m倍,周期变为原来的n倍,则它们之间的距离变为( )
正确答案
解析
解:设m1的轨道半径为R1,m2的轨道半径为R2.两星之间的距离为l.
由于它们之间的距离恒定,因此双星在空间的绕向一定相同,同时角速度和周期也都相同.由向心力公式可得:
对m1:①
对m2:②
又因为R1十R2=l,
由①②式可得 l=,
总质量变为原来的m倍,周期变为原来的n倍,则l变为原来的倍,即l=
,故A正确.
故选:A
如图为哈勃望远镜拍摄的银河系中被科学家成为“罗盘座T星”系统的照片,最新观测标明“罗盘座T星”距离太阳系只有3260光年,比天文学家此前认为的距离要近得多.该系统是由一颗白矮星和它的类日伴星组成的双星系统,由于白矮星不停地吸收由类日伴星抛出的物质致使其质量不断增加,科学家预计这颗白矮星在不到1000万年的时间内会完全“爆炸”,从而变成一颗超新星,并同时放出大量的γ射线,这些γ射线到达地球后会对地球的臭氧层造成毁灭性的破坏.现假设类日伴星所释放的物质被白矮星全部吸收,并且两星间的距离在一段时间内不变,两星球的总质量不变,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、两星间距离在一段时间内不变,由万有引力定律可知,两星的质量总和不变而两星质量的乘积必定变化,则万有引力必定变化.故A错误.
B、组成的双星系统的周期T相同,设白矮星与类日伴星的质量分别为M1和M2,圆周运动的半径分别为R1和R2,由万有引力定律提供向心力:.可得GM1=
,GM2=
,两式相加G(M1+M2)T2=4π2L3,白矮星与类日伴星的总质量不变,则周期T不变.故B正确.
C、由得,M1R1=M2R2.知双星运行半径与质量成反比,类日伴星的质量逐渐减小,故其轨道半径增大.故C正确,D错误.
故选BC.
已知月球的质量是7.3×1022kg,半径1.7×103kg,月球表面的自由落体加速度有多大?这对宇航员在月球表面的行动会产生什么影响?(G=6.67x10-11N•m2/kg2)(结果保留三位有效数字)
正确答案
解:设月球的质量为M,某物体的质量为m,月球的半径为R.则根据重力等于万有引力得:
m=mg
得:g==
=1.68m/s2
宇航员上去之后会感觉身体比较轻,会有些不适应,轻轻一跳都会比地球上高,行动很不便,一跳几十米远
答:月球表面的自由落体加速度为1.68m/s2.宇航员上去之后会感觉身体比较轻,会有些不适应,轻轻一跳都会比地球上高,行动很不便,一跳几十米远
解析
解:设月球的质量为M,某物体的质量为m,月球的半径为R.则根据重力等于万有引力得:
m=mg
得:g==
=1.68m/s2
宇航员上去之后会感觉身体比较轻,会有些不适应,轻轻一跳都会比地球上高,行动很不便,一跳几十米远
答:月球表面的自由落体加速度为1.68m/s2.宇航员上去之后会感觉身体比较轻,会有些不适应,轻轻一跳都会比地球上高,行动很不便,一跳几十米远
火星的半径约为地球半径的一半,火星质量约为地球质量的,则火星表面的重力加速度是地球表面重力加速度的______倍,火星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的______倍.
正确答案
解析
解:(1)由星体表面万有引力等于重力:
解得:
(2)由万有引力提供向心力:
解得第一宇宙速度为:
故火星的第一宇宙速度与地球第一宇宙速度之比为:
故答案为:;
.
地球和某颗小行星的绕日轨道可以近似看作圆,已知地球质量约为此小行星的质量的64倍,此小行星的公转轨道半径约为地公转轨道半径的4倍,那么此小行星公转周期大致为( )
正确答案
解析
解:开普勒第三定律中的公式,则T=
,
一颗小行星围绕太阳在近似圆形的轨道上运动,若轨道半径是地球轨道半径的4倍,
小行星绕太阳运行的周期是地球周期的8倍,即小行星绕太阳运行的周期是8年.
故选:D.
发射地球同步卫星时,先将卫星发射至距地面高度为h1的近地轨道上,在卫星经过A点时点火,实施变轨,进入远地点为B的椭圆轨道上,最后在B点再次点火,将卫星送入同步轨道,如图所示.已知同步卫星的运动周期为T,地球的半径为R,地球表面重力加速度为g,求:
(1)卫星在近地点A的加速度大小;
(2)远地点B距地面的高度.
正确答案
解:(1)在地球表面,重力等于万有引力,故有:
得地球质量M=
因此卫星在地球近地点A的加速度a=
(2)因为B在地球同步卫星轨道,周期T,卫星受地球的万有引力提供向心力,故有:
所以有:
=
答:(1)卫星在近地点A的加速度大小;
(2)远地点B距地面的高度H=
解析
解:(1)在地球表面,重力等于万有引力,故有:
得地球质量M=
因此卫星在地球近地点A的加速度a=
(2)因为B在地球同步卫星轨道,周期T,卫星受地球的万有引力提供向心力,故有:
所以有:
=
答:(1)卫星在近地点A的加速度大小;
(2)远地点B距地面的高度H=
有科学家们推测,太阳系的第十颗行星就在地球的轨道上,从地球上看,它永远在太阳的背面,人类一直未能发现它,可以说是“隐居”着的地球的“孪生兄弟”.由以上信息可以确定( )
正确答案
解析
解:A、这颗行星的轨道半径等于地球的轨道半径,但行星的半径不一定等于地球半径,故A错误;
B、万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
r,行星的周期T=2π
,由于轨道半径相等,则行星公转周期与地球公转周期相等,故B正确;
C、行星公转周期与地球公转周期相等,它们的自转周期不一定相等,故C错误;
D、行星轨道半径与地球轨道半径相等,但它们的质量不一定相等,故D错误;
故选B.
2007年10月24日18时05分,我国成功发射了“嫦娥一号”探月卫星,11月5日进入月球轨道后,经历3次轨道调整,进入工作轨道.若该卫星在地球表面的重力为G1,在月球表面的重力为G2,已知地球半径为R1,月球半径为R2,地球表面处的重力加速度为g,则( )
正确答案
解析
解:A、卫星在地球表面的重力为G1,在月球表面的重力为G2,则,所以
.故A正确.
B、根据万有引力等于重力,知
.中心天体的质量与半径和表面的重力加速度有关.所以月球的质量和地球的质量之比
.故B错误.
C、根据,得
,而
,所以
.故C正确.
D、根据mg=,知第一宇宙速度v=
,而
,所以第一宇宙速度之比
.故D错误.
故选AC.
宇宙中两颗相距较近的天体称为“双星”,它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动,而不至于因万有引力的作用吸引到一起.设两者的质量分别为m1和m2且m1>m2,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、双星围绕两者连线上的某一点做匀速圆周运动,故两者周期相同,所以A正确;
B、双星间万有引力提供各自圆周运动的向心力有:m1a1=m2a2,因为两星质量不等,故其向心加速度不等,所以B错误;
CD、双星圆周运动的周期相同故角速度相同,即有:,所以m1r1=m2r2,又因为m1>m2,所以r1<r2,所以C错误D正确.
故选:AD.
飞船以a=的加速度匀加速上升,由于超重现象,用弹簧秤测得质量为10kg的物体重量为75N.由此可知,飞船所处位置距地面高度为多大?(地球半径为6400km,g=10m/s2)
正确答案
解:根据牛顿第二定律得,F-mg′=ma,解得g′=2.5m/s2.
根据万有引力等于重力得,有:
联立两式得,R+h=2R
则h=R=6400km.
答:飞船所处位置距地面高度为6400km.
解析
解:根据牛顿第二定律得,F-mg′=ma,解得g′=2.5m/s2.
根据万有引力等于重力得,有:
联立两式得,R+h=2R
则h=R=6400km.
答:飞船所处位置距地面高度为6400km.
扫码查看完整答案与解析