- 万有引力与航天
- 共16469题
已知火星的半径为地球半径的一半,火星的质量为地球质量的,已知一物体在地球上的重量比在火星上的重量大50N,求这个物体的质量是多少kg?(g=10m/s2)
正确答案
解析
解:设质量为m的物体在地球表面受到地球引力
F==mg
质量为m的物体在火星表面受到火星的引力
F′==mg′
已知火星的半径为地球半径的一半,火星的质量为地球质量的,
=
,
又因为mg-mg′=50,所以m=9kg
答:这个物体的质量是9kg.
己知地球的半径为R,地球表面的重力加速度为g,引力常量为G;
(1)求地球的平均密度ρ;
(2)2016年我国将发射“天宫二号”空间实验室,并发射“神舟Ⅱ号”载人飞船和“天舟一号”货运飞船,与“天宫二号”交会对接.假设“天宫二号”空间实验室进入预定轨道后绕地球做匀速圆周运动,运行的周期是T,结合题干中所给的己知量,求“天宫二号”空间实验室绕地球运行时离地面的高度h.
正确答案
解:(1)设地球的质量为M,对于在地面处质量为m的物体,有: ①
又因为 ②
由①②两式解得.
(2)设飞船的质量为m′,
则,④
由①④两式解得h=.
答:(1)地球的平均密度为.
(2)“天宫二号”空间实验室绕地球运行时离地面的高度为.
解析
解:(1)设地球的质量为M,对于在地面处质量为m的物体,有: ①
又因为 ②
由①②两式解得.
(2)设飞船的质量为m′,
则,④
由①④两式解得h=.
答:(1)地球的平均密度为.
(2)“天宫二号”空间实验室绕地球运行时离地面的高度为.
12月2日凌晨,“嫦娥三号”探测器发射升空,并于14日21时11分成功落月.我国在2017年将有望实现无人探月工程中“绕、落、回”的三个探测阶段,为下一步载人探月奠定基础.设某次探月活动中,质量为m的登月器与返回舱连接在一起,随返回舱绕月球做半径为3R(R为月球半径)的圆周运动.如图所示,当它们运行到轨道的A点时,登月器被弹离,返回舱速度变大,返回舱沿更大的椭圆轨道绕月球运行,椭圆轨道长轴为8R;登月器速度变小且仍沿原方向运动,随后登月器沿小的椭圆登上月球表面的B点,在月球表面逗留一段时间后,经快速起动仍沿原椭圆轨道回到分离点A与返回舱实现对接.已知月球表面的重力加速度为g月.科学研究表明,天体在椭圆轨道上运行的轨道半长轴的立方与周期的平方成正比.试求:
(1)登月器与返回舱一起在圆周轨道上绕月球运行的周期T是多少?
(2)登月器在椭圆轨道上绕月球运行的周期T1是多少,由A到B的时间是多少?
(3)返回舱在椭圆轨道上绕月球运行的周期T2是多少?
(4)若登月器被弹射后,则为保证登月器能顺利返回A点,登月器可以在月球表面逗留的时间是多少?
正确答案
解:(1)设登月器和返回舱在半径3R的轨道上运行时的周期为T,因其绕月球作圆周运动,所以应满足
同时月球表面的物体所受重力和引力的关系满足
联立以上二式得
(2)对登月器依题意有:
解得
所以
(3)返回舱依题意有:
解得
(4)为使登月器仍沿原椭圆轨道回到分离点与返回舱实现对接,登月器可以在月球表面逗留的时间t应满足:t=nT2-T1 (其中,n=1、2、3、…)
联立得(其中,n=1、2、3、…)
答:(1)登月器与返回舱一起在圆周轨道上绕月球运行的周期T是.
(2)登月器在椭圆轨道上绕月球运行的周期T1是,由A到B的时间是
.
(3)返回舱在椭圆轨道上绕月球运行的周期T2是.
(4)若登月器被弹射后,则为保证登月器能顺利返回A点,登月器可以在月球表面逗留的时间是(其中,n=1、2、3、…)
解析
解:(1)设登月器和返回舱在半径3R的轨道上运行时的周期为T,因其绕月球作圆周运动,所以应满足
同时月球表面的物体所受重力和引力的关系满足
联立以上二式得
(2)对登月器依题意有:
解得
所以
(3)返回舱依题意有:
解得
(4)为使登月器仍沿原椭圆轨道回到分离点与返回舱实现对接,登月器可以在月球表面逗留的时间t应满足:t=nT2-T1 (其中,n=1、2、3、…)
联立得(其中,n=1、2、3、…)
答:(1)登月器与返回舱一起在圆周轨道上绕月球运行的周期T是.
(2)登月器在椭圆轨道上绕月球运行的周期T1是,由A到B的时间是
.
(3)返回舱在椭圆轨道上绕月球运行的周期T2是.
(4)若登月器被弹射后,则为保证登月器能顺利返回A点,登月器可以在月球表面逗留的时间是(其中,n=1、2、3、…)
已知下面的哪组数据,可以计算出地球的质量M地(已知引力常量G,地球自转周期T)( )
正确答案
解析
解:A、已知地球半径和重力加速度,
根据万有引力等于重力列出等式
G=mg.则
.故A正确.
B、已知月球绕地球运行的周期及月球绕地球转的轨道半径,
根据万有引力提供向心力,列出等式:
=
,所以可以求出地球质量.故B正确
C、已知地球绕太阳运动的周期及地球离太阳的距离,
根据万有引力提供向心力,列出等式只能求出太阳的质量.故C错误.
D、地球“同步卫星”绕地球运动,
=
,所以可以求出地球质量.故D正确
故选ABD.
一物体在某星球表面受到的引力为地球表面受到的引力的p倍,该星球的半径是地球半径的q倍,则该星球的平均密度为地球平均密度的______倍.
正确答案
解析
解:根据题意可得::
=p:1
解得:=pq2
该星球的平均密度
地球的平均密度
解得:=
故答案为:
设想宇航员完成了对火星表面的科学考察任务,乘坐返回舱返回围绕火星做圆周运动的轨道舱,如图所示.为了安全,返回舱与轨道舱对接时,必须具有相同的速度.已知返回舱返回过程中需克服火星的引力做功W=mgR(1-
),返回舱与人的总质量为m,火星表面的重力加速度为g,火星的半径为R,轨道舱到火星中心的距离为r,不计火星表面大气对返回舱的阻力和火星自转的影响,则该宇航员乘坐的返回舱至少需要获得多少能量才能返回轨道舱?
(思考:若要考虑火星的自转影响,且已知火星自转角速度为ω,则结果又是多少?)
正确答案
解:返回舱与人在火星表面附近有:G=mg
设轨道舱的质量为m0,速度大小为v,则:
G=m0
解得宇航员乘坐返回舱与轨道舱对接时,具有的动能为
Ek=mv2=
因为返回舱返回过程克服引力做功W=mgR(1-)
所以返回舱返回时至少需要能量E=Ek+W=mgR(1-)
答:该宇航员乘坐的返回舱,不考虑火星自转时,至少需要获得能量为E=,考虑火星自转时,至少需要获得能量为E′=
.
解析
解:返回舱与人在火星表面附近有:G=mg
设轨道舱的质量为m0,速度大小为v,则:
G=m0
解得宇航员乘坐返回舱与轨道舱对接时,具有的动能为
Ek=mv2=
因为返回舱返回过程克服引力做功W=mgR(1-)
所以返回舱返回时至少需要能量E=Ek+W=mgR(1-)
答:该宇航员乘坐的返回舱,不考虑火星自转时,至少需要获得能量为E=,考虑火星自转时,至少需要获得能量为E′=
.
火星表面特征非常接近地球,可能适合人类居住.2010年,我国志愿者王跃参与了在俄罗斯进行的“模拟登火星”实验活动.已知火星半径是地球半径的,质量是地球质量的
,自转周期也基本相同.地球表面重力加速度是g,若王跃在地面上能向上跳起的最大高度是h,在忽略自转影响的条件下,下述分析正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、由得到:g=
.已知火星半径是地球半径的
,质量是地球质量的
,火星表面的重力加速度是
.王跃在火星表面所受火星引力是他在地球表面所受地球引力的
倍,故AB均错误;
C、由,得v=
已知火星半径是地球半径的
,质量是地球质量的
,火星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的
倍.故C正确;
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′=
.故D错误.
故选:C.
2014年11月12日,“菲莱”着陆器成功在67P彗星上实现着陆,这是人类首次实现在彗星上软着陆,被称为人类历史上最伟大冒险之旅.载有“菲莱”的“罗赛塔”飞行器历经十年的追逐,被67P彗星俘获后经过一系列变轨,成功的将“菲莱”着陆器弹出,准确得在彗星表面着陆.如图所示,轨道1和轨道2是“罗赛塔”绕彗星环绕的两个圆轨道,B点是轨道2上的一个点,若在轨道1上找一点A,使A与B的连线与BO连线的最大夹角为θ,则“罗赛塔”在轨道1、2上运动的周期之比
为( )
正确答案
解析
解:根据几何关系连接OA可得三角形OAB是直角三角形,故轨道1和轨道2的半径之比
再根据万有引力提供圆周运动向心力有
可得圆周运动的周期T=
所以=
故ABD错误,C正确.
故选:C.
已知“火卫一号”绕火星运行周期为T,距火星面的高度为h,已知火星的半径为R,万有引力常量为G.若将“火卫一号”的运行轨道看做圆轨道,求:
(1)“火卫一号运行”的线速度;
(2)火星的质量;
(3)火星表面的重力加速度.
正确答案
解:(1)根据匀速圆周运动线速度与周期的关系知:v==
(2)万有引力充当向心力,即:
G=m
(R+h)
解得火星的质量为:M=(R+h)3
(3)在火星表面附近,根据重力等于万有引力得:
G=mg
所以有:g=(R+h)3
答:(1)“火卫一号运行”的线速度为;
(2)火星的质量为(R+h)3;
(3)火星表面的重力加速度为(R+h)3.
解析
解:(1)根据匀速圆周运动线速度与周期的关系知:v==
(2)万有引力充当向心力,即:
G=m
(R+h)
解得火星的质量为:M=(R+h)3
(3)在火星表面附近,根据重力等于万有引力得:
G=mg
所以有:g=(R+h)3
答:(1)“火卫一号运行”的线速度为;
(2)火星的质量为(R+h)3;
(3)火星表面的重力加速度为(R+h)3.
(2015秋•高台县期末)某赤道平面内的卫星自西向东飞行绕地球做圆周运动,该卫星离地高度为h,赤道上某人通过观测,前后两次出现在人的正上方最小时间间隔为t,已知地球的自转周期为T0,地球的质量为M,引力常量为G,由此可知( )
正确答案
解析
解:根据赤道平面内的卫星绕地球做圆周运动,由万有引力提供向心力,则有:
解得:R=-h,
设卫星的周期为T,则有:=1,解得:T=
,
因此R=-h,故D正确,ABC错误;
故选:D.
某个行星质量是地球质量的一半,半径也是地球的一半,则此行星上的重力加速度是地球上的( )
正确答案
解析
解:解:根据万有引力等于重力得:
=mg
g=
行星质量是地球质量的一半,半径也是地球的一半,
所以此行星上的重力加速度是地球上的2倍,故选D.
一只单摆,在第一个星球表面上的振动周期为T1;在第二个星球表面上的振动周期为T2.若这两个星球的质量之比M1:M2=4:1,半径之比R1:R2=2:1,则T1:T2等于( )
正确答案
解析
解:由单摆周期公式可知:
,
,
设星球表面的物体质量分别为M1和M2,
则,
,
;
.故正确答案是A.
故选:A.
地球绕太阳运动的周期与月球绕地球运动周期的比值为P,它们的轨道半径之比为q′若它们的运动都可以看作是匀速圆周运动,则太阳质量与地球质量之经为( )
正确答案
解析
解:万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:
G=m
r,解得:M=
,
=
=
=
,故A正确;
故选:A.
一搜飞船绕月球做匀速圆周运动,其圆周运动的轨道半径为r,周期为T0.飞船上释放一月球探测器,在月球探测器着陆的最后阶段,着陆器闲事降落到月球表面上,再经过多次弹跳才停下来.假设着陆器第一次落到月球表面竖直弹起后,到达最高点时的高度为h,月球可视为半径为r0的均匀球体,计算时不计阻力及月球自转,求:
(1)月球表面的重力加速度g;
(2)着陆器第二次落到月球表面时的速度大小.
正确答案
解:(1)飞船绕月球做匀速圆周运动,其圆周运动的轨道半径为r,周期为T0.有:,
根据万有引力等于重力有:
联立两式解得月球表面的重力加速度为:g=,
(2)根据速度位移公式得:v2=2gh
解得:v=.
答:(1)月球表面的重力加速度为g=;
(2)着陆器第二次落到月球表面时的速度大小为.
解析
解:(1)飞船绕月球做匀速圆周运动,其圆周运动的轨道半径为r,周期为T0.有:,
根据万有引力等于重力有:
联立两式解得月球表面的重力加速度为:g=,
(2)根据速度位移公式得:v2=2gh
解得:v=.
答:(1)月球表面的重力加速度为g=;
(2)着陆器第二次落到月球表面时的速度大小为.
两颗靠得较近的天体叫双星,它们以两重心连线上的某点为圆心,做匀速圆周运动,因而不至于因引力作用而吸引在一起,以下关于双星的说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、双星的角速度相同,与质量无关,故A错误;
C、不管双星质量大小关系如何,双星受到相互的吸引力总是大小相等的,分别等于它们做匀速圆周运动的向心力,故C错误;
D、对于双星分别有G=Mω2R,G
=mω2r,R:r=m:M,故D错误;
B、线速度之比v:v′=ωR:ωr=R:r=m:M,故B正确.
故选:B
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