- 万有引力与航天
- 共16469题
如果把水星和金星绕太阳的运动视为匀速圆周运动,从水星与金星在一条直线上开始计时,若天文学家测得在相同时间内水星转过的角度为θ1;金星转过的角度为θ2(θ1、θ2均为锐角),则由此条件可求得( )
正确答案
解析
解:A、相同时间内水星转过的角度为θ1;金星转过的角度为θ2,可知它们的角速度之比为θ1:θ2.周期,则周期比为θ2:θ1.故A正确.
B、水星和金星是环绕天体,无法求出质量,也无法知道它们的半径,所以求不出密度比.故B错误.
C、万有引力提供向心力:,解得:
.知道了角速度比,就可求出轨道半径之比.故C正确.
D、根据a=rω2,轨道半径之比、角速度之比都知道,很容易求出向心加速度之比.故D正确.
故选:ACD
“嫦娥一号”成功发射,为实现中华民族几千年的奔月梦想迈出了重要一步,已知“嫦娥一号”绕月飞行轨道近似为圆形,距月球表面高度为H,飞行周期为T,月球的半径为R,求:
(1)“嫦娥一号”的线速度大小;
(2)月球的质量;
(3)若发射一颗绕月球表面做匀速圆周运动的飞船,则其绕月运行的线速度应为多大.
正确答案
解:(1)“嫦娥一号”绕月飞行时 的线速度大小v=
(2)设月球质量为M,“嫦娥一号”的质量为m,根据牛顿第二定律得
解得M=.
(3)设绕月飞船运行的线速度为V,飞船质量为m0,则
又M=,联立解得V=
.
答:(1)“嫦娥一号”绕月飞行时的线速度大小为;
(2)月球的质量为;
(3)若发射一颗绕月球表面做匀速圆周运动的飞船,则其绕月运行的线速度应为=.
解析
解:(1)“嫦娥一号”绕月飞行时 的线速度大小v=
(2)设月球质量为M,“嫦娥一号”的质量为m,根据牛顿第二定律得
解得M=.
(3)设绕月飞船运行的线速度为V,飞船质量为m0,则
又M=,联立解得V=
.
答:(1)“嫦娥一号”绕月飞行时的线速度大小为;
(2)月球的质量为;
(3)若发射一颗绕月球表面做匀速圆周运动的飞船,则其绕月运行的线速度应为=.
土星周围有许多大小不等的岩石颗粒,其绕土星的运动可视为圆周运动.其中有两个岩石颗粒A和B与土星中心距离分别位rA=8.0×104km和r B=1.2×105km.忽略所有岩石颗粒间的相互作用.(结果可用根式表示)
(1)求岩石颗粒A和B的周期之比.
(2)土星探测器上有一物体,在地球上重为10N,推算出它在距土星中心3.2×105km处受到土星的引力为0.38N.已知地球半径为6.4×103km,请估算土星质量是地球质量的多少倍?
正确答案
解:(1)由万有引力提供向心力的周期表达式:
解得:
带入数据解得:
(2)设地球质量为M,地球半径为r0,地球上物体的重力可视为万有引力,探测器上物体质量为m0,在地球表面重力为G0,
距土星中心r0′=3.2×105km处的引力为G0′
根据万有引力定律:
由上述两式得:
答:
(1)求岩石颗粒A和B的周期之比
(2)估算土星质量是地球质量的95倍
解析
解:(1)由万有引力提供向心力的周期表达式:
解得:
带入数据解得:
(2)设地球质量为M,地球半径为r0,地球上物体的重力可视为万有引力,探测器上物体质量为m0,在地球表面重力为G0,
距土星中心r0′=3.2×105km处的引力为G0′
根据万有引力定律:
由上述两式得:
答:
(1)求岩石颗粒A和B的周期之比
(2)估算土星质量是地球质量的95倍
(2015秋•清远期末)木星的卫星至少有16颗,其中木卫一、木卫二、木卫三、木卫四是意大利天文学家伽利略在1610年用自制的望远镜发现的.伽利略用木星的直径作为量度单位,测量了木星的轨道.他发现,最接近木星的木卫一的周期是1.8天,木卫一距离木星中心4.2个木星直径单位.木卫四的周期是16.7天,预测木卫四与木星中心的距离是( )
正确答案
解析
解:木星的卫星绕着木星做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律,有:
故
故
故r4=4.42r1=4.42×4.2木星直径≈19木星直径
故选:B
已知在轨道上运转的某一人造卫星,周期为5600s轨道半径为6800km,估算地球的质量______.
正确答案
6×1024kg
解析
解:根据万有引力提供向心力=
,所以:M=
代入数据得:M=6×1024kg.
故答案为:6×1024kg
我国已成功发射嫦娥一号卫星和嫦娥二号卫星,即将发射嫦娥三号卫星并实现月面软着陆,对月球进行科学探测和研究.假设一名宇航员携带一杆弹簧秤和一个质量为m的物块,在近月圆形轨道运行过程中称物块时弹簧秤示数为F1,在软着陆过程中(即接近月球表面时在竖直方向上匀减速下降)称物块时弹簧秤示数为F2,到达月球表面后称物块时弹簧秤示数为F3,已知月球的半径为R,万有引力恒量为G.求:
(1)月球表面处的重力加速度g
(2)软着陆过程中的加速度a的大小
(3)月球的质量M.
正确答案
解:(1)据题到达月球表面后称物块时弹簧秤的示数等于其重力,F3=mg
则有:g=
(2)软着陆过程中,对物块,根据牛顿第二定律可得:
F2-mg=ma
解得:a=
(3)在月球表面,物体的重力约等于月球的万有引力,则得:
G=mg
解得:M=
答:(1)月球表面处的重力加速度g为.
(2)软着陆过程中的加速度a的大小为.
(3)月球的质量M为.
解析
解:(1)据题到达月球表面后称物块时弹簧秤的示数等于其重力,F3=mg
则有:g=
(2)软着陆过程中,对物块,根据牛顿第二定律可得:
F2-mg=ma
解得:a=
(3)在月球表面,物体的重力约等于月球的万有引力,则得:
G=mg
解得:M=
答:(1)月球表面处的重力加速度g为.
(2)软着陆过程中的加速度a的大小为.
(3)月球的质量M为.
宇宙飞船在离地面高为h=R的轨道上做匀速圆周运动,飞船内一弹簧秤下悬挂一质量为m的重物,R为地球的半径,g为地面处的重力加速度,则弹簧秤的读数为( )
正确答案
解析
解:宇宙飞船正在离地面高h=R地的轨道上做匀速圆周运动,万有引力充当向心力,故物体处于完全失重状态,弹簧示数为0.
故选:D
银河系中有两颗行星,它们绕太阳运转周期之比为8:1,则[它们的轨道半径的比( )
正确答案
解析
解:根据得,T=
,因为周期之比为8:1,则轨道半径之比为4:1.
故选:A.
我国在2008年10月24日发射了“嫦娥一号”探月卫星.同学们也对月球有了更多的关注.
(1)若已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,月球绕地球运动的周期为T,月球绕地球的运动可近似看作匀速圆周运动,试求月球绕地球运动的轨道半径.
(2)若宇航员随登月飞船登陆月球后,在月球表面某处以速度V0竖直向上抛出一个小球,经过时间t,小球落回抛出点.已知月球半径为r,万有引力常量为G,试求出月球的质量M月.
正确答案
解:(1)根据万有引力定律和向心力公式得:
G=M月(
)2R′
mg=G
解得R′=
(2)设月球表面处的重力加速度为g月,根据题意得:
v0=,
g月=
解得:M月=
答:(1)月球绕地球运动的轨道半径为.
(2)月球的质量M月为.
解析
解:(1)根据万有引力定律和向心力公式得:
G=M月(
)2R′
mg=G
解得R′=
(2)设月球表面处的重力加速度为g月,根据题意得:
v0=,
g月=
解得:M月=
答:(1)月球绕地球运动的轨道半径为.
(2)月球的质量M月为.
(2015秋•邢台校级月考)行星绕太阳公转轨道是椭圆,冥王星公转周期为T0,其近日点距太阳的距离为a,远日点距太阳的距离为b,半短轴的长度为c,如图所示.若太阳的质量为M,万有引力常数为G,忽略其它行星对它的影响,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B→C→的过程中,冥王星与太阳的距离先增大后减小,所以速率先变小后增大,故A错误;
B、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,万有引力对它做负功.故B正确;
C、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C错误;
D、设B点到太阳的距离l,则,根据万有引力充当向心力知
;知冥王星在B点的加速度为a=
,故D正确;
故选:BD.
为了迎接太空时代的到来,美国国会通过了一项计划:在2050年前建造成太空升降机,就是把长绳的一端搁置在地球的卫星上,另一端系住升降机,放开绳,升降机能到达地球上,人坐在升降机里,在卫星上通过电动机把升降机拉到卫星上.已知地球表面的重力加速度g=10m/s2,地球半径R=6400km.在地球表面时某人用弹簧测力计称得某物体重32N,站在升降机中,当升降机以加速度a=(g为地球表面处的重力加速度)竖直加速上升时,此人再一次用同一弹簧测力计称得同一物体重为18N,忽略地球自转的影响,求升降机此时距地面的高度.
正确答案
解:物体的质量m==3.2kg
在匀加速的升降机中,根据牛顿第二定律得
FN2-mg′=ma
mg′=2N
解得:g′=
根据万有引力等于重力得:
在地球表面:=mg
在离地高h处:=mg′
解得:h=3R.
答:升降机此时距地面的高度是3R.
解析
解:物体的质量m==3.2kg
在匀加速的升降机中,根据牛顿第二定律得
FN2-mg′=ma
mg′=2N
解得:g′=
根据万有引力等于重力得:
在地球表面:=mg
在离地高h处:=mg′
解得:h=3R.
答:升降机此时距地面的高度是3R.
一探空火箭未打中目标而进入绕太阳的近似圆形轨道运行,轨道半径是地球绕太阳公转半径的9倍,则探空火箭绕太阳公转周期为( )年.
正确答案
解析
解:
由万有引力提供向心力的周期表达式,解得:
设地球绕太阳公转半径为r,则探空火箭绕太阳公转半径为9r,则:
=
故C正确,ABD错误.
故选:C
“嫦娥一号”探月卫星在环绕月球的极地轨道上运动,由于月球的自转,因而“嫦娥一号”卫星能探测到整个月球表面.2007年12月11日“嫦娥一号”卫星的CCD相机已对月球背面进行成像探测,并获得了月球背面部分区域的影像图.卫星在绕月极地轨道上做圆周运动时距月球表面高为H,绕行的周期为TM;月球绕地公转的周期为TE,半径为R0;地球半径为RE,月球半径为RM.
试解答下列问题:
(1)若忽略地球及太阳引力对绕月卫星的影响,试求月球与地球的质量之比.
(2)若当绕月极地轨道的平面与月球绕地公转的轨道平面垂直,也与地心到月心的连线垂直(如图所示)时,探月卫星将向地球发送所拍摄的照片.已知光速为c,则此照片信号由探月卫星传送到地球最短需要多长时间?
正确答案
解:(1)由牛顿第二定律有:F向=man=,由万有引力定律公式有:
F引=,
则月球绕地球公转时由万有引力提供向心力,故:
①
同理对探月卫星绕月有:
②
由①②联立解得:
(2)如图所示,设探月极地卫星到地心距离为L0,则卫星到地面的最短距离为L0-RE,由几何知识知:
③
故将照片信号发回地面的最短时间
④
答:(1)月球与地球的质量之比为.
(2)此照片信号由探月卫星传送到地球需要最短的时间为.
解析
解:(1)由牛顿第二定律有:F向=man=,由万有引力定律公式有:
F引=,
则月球绕地球公转时由万有引力提供向心力,故:
①
同理对探月卫星绕月有:
②
由①②联立解得:
(2)如图所示,设探月极地卫星到地心距离为L0,则卫星到地面的最短距离为L0-RE,由几何知识知:
③
故将照片信号发回地面的最短时间
④
答:(1)月球与地球的质量之比为.
(2)此照片信号由探月卫星传送到地球需要最短的时间为.
宇航员在某星球上做了一个实验:以速度v0竖直上抛出一个小球,经时间t后落回手中,则该星球表面的重力加速度大小是______,已知该星球半径为R,要使物体不再落回星球表面,沿星球表面平抛出的速度至少应是______.
正确答案
解析
解:设行星表面的重力加速度为g,由物体竖直上抛运动,有:t=
得:g=
要使物体沿水平方向抛出而不落回星球表面,沿星球表面抛出的速度为v,则有:
mg=m
联立解得:v=
故答案为:,
.
如图所示,某天文兴趣小组跟踪观测一组双星系统,此双星系统中体积较小的成员能“吸食”另一颗体积较大星体表面物质,达到质量转移的目的,假设在演变的过程中两星的总质量不变,开始观测时两星做圆周运动的周期为T,但经过一段时间的演化后,两球心之间的距离变为原来的4倍,则此时两星做圆周运动的周期为( )
正确答案
解析
解:设双星的质量分别为M1和M2,圆周运动的半径分别为R1和R2,由万有引力定律得:=M1
R1=M2
R2;
可得:GM1=,GM2=
两式相加可得:G(M1+M2)T2=4π2L3,解得:T=2π
当两者的质量和不变,但距离变为原来的4倍时,同理可得G(M1′+M2′)T′2=4π2(4L)3,解得:T′=16π=8T,故A正确.
故选:A.
扫码查看完整答案与解析