- 万有引力与航天
- 共16469题
如图所示,O为地球球心,A为地球表面上的点,B为O、A连线间的点,AB=d,将地球视为质量分布均匀的球体,半径为R.设想挖掉以B为圆心、以
为半径的球.若忽略地球自转,则挖出球体后A点的重力加速度与挖去球体前的重力加速度之比为( )
正确答案
解析
解:没有挖去以B为圆心、以为半径的球之前,根据万有引力定律,有:
F=G ①
以B为圆心、以为半径的球的质量为:
M1=ρV1=ρ• ②
地球质量:
M=ρV=ρ• ③
地球引力是以B为圆心、以为半径的球的引力和剩余部分的引力的矢量和,故:
F=G+F1 ④
联立解得:
=1-
根据牛顿第二定律F=ma,有:
挖出球体后A点的重力加速度与挖去球体前的重力加速度之比为1-;
故选:B
设地球表面的重力加速度为g0,物体在距离地球表面3R(R是地球的半径)处,由于地球的作用而产生的加速度为g,则为( )
正确答案
解析
解:当重力与万有引力相等时有:
G=mg0
可得地球表面重力加速度:
g0=
在距地球表面3R处的重力加速度:
g==
=
g0
故选:D.
侦察卫星在通过地球两极上空的圆轨道运行,它的运行轨道距地面高度为h,已知地球半径为R,地球表面处的重力加速度为g,地球的自转周期为T,求:
(1)地球的质量?
(2)侦察卫星运行的周期?
(3)要使卫星在一天的时间内将地面上赤道各处在日照条件下的情况全部拍摄下来,卫星在通过赤道上空时,卫星上的摄像机至少应拍摄地面上赤道圆周的弧长是多少?
正确答案
解:(1)由题意可知在忽略地球自转的情况下有 ①
解得 ②
(2)由侦察卫星绕地球作匀速圆周运动,由F万=F向
得 ③
由①③联立解得 ④
(3)由题可知卫星一天内经过赤道的次数为n,则
n= ⑤
所以,卫星在通过赤道上空时,卫星上的摄像机至少应拍摄地面上赤道圆周的弧长为L
L= ⑥
由④⑤⑥联立可解得L=
答:(1)地球的质量为;
(2)侦察卫星运行的周期为;
(3)卫星上的摄像机至少应拍摄地面上赤道圆周的弧长是.
解析
解:(1)由题意可知在忽略地球自转的情况下有 ①
解得 ②
(2)由侦察卫星绕地球作匀速圆周运动,由F万=F向
得 ③
由①③联立解得 ④
(3)由题可知卫星一天内经过赤道的次数为n,则
n= ⑤
所以,卫星在通过赤道上空时,卫星上的摄像机至少应拍摄地面上赤道圆周的弧长为L
L= ⑥
由④⑤⑥联立可解得L=
答:(1)地球的质量为;
(2)侦察卫星运行的周期为;
(3)卫星上的摄像机至少应拍摄地面上赤道圆周的弧长是.
观察“神州十号”在圆轨道上的运动,发现每经过时间2t通过的弧长为l,该弧长对应的圆心角为θ(弧度),如图所示,已知引力常量为G,由此可推导出地球的质量为( )
正确答案
解析
解:“神舟十号”的线速度v=,轨道半径r=
,
根据得地球的质量为:M=
.
故选:A.
中国第四个航天发射场-海南航天发射场,2009年9月14日在海南省文昌市开始动工建设,海南航天发射场建成后,我国将实施登月工程,我国宇航员将登上月球,若已知月球质量为M,半径为R,引力常量为G,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、忽略月球自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式:
=mg
解得:
g=
在月球上以初速度v0竖直上抛一个物体,物体落回到抛出点所用时间:
t==
物体上升的最大高度:
h==
故A正确,B错误;
C、第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,也是最大的圆周运动的环绕速度,根据万有引力提供向心力得:
=m
在月球上发射一颗绕它作圆形轨道运行的卫星的最大运行速度为:
v=
故C正确;
D、根据万有引力提供向心力得
=
解得:
T=2π,卫星的轨道半径增大,周期也在增大,故卫星的最小周期为:
2πR,故D错误.
故选:AC.
已知引力常量为G,地球的质量为M,地球的半径为R,某飞船绕地球做匀速圆周运动时距地面的高度为h.根据以上条件求(用题中字母表示结果):
(1)该飞船绕地球做匀速圆周运动时的轨道半径;
(2)该飞船绕地球做匀速圆周运动时的线速度大小.
正确答案
解:(1)飞船绕地球做匀速圆周运动时的轨道半径r=R+h.
(2)飞船绕地球做匀速圆周运动时向心力由地球对它的万有引力提供,
设其运行的线速度大小为v,根据牛顿第二定律有:,
解得:v=.
答:(1)该飞船绕地球做匀速圆周运动时的轨道半径R+h;(2)该飞船绕地球做匀速圆周运动时的线速度大小.
解析
解:(1)飞船绕地球做匀速圆周运动时的轨道半径r=R+h.
(2)飞船绕地球做匀速圆周运动时向心力由地球对它的万有引力提供,
设其运行的线速度大小为v,根据牛顿第二定律有:,
解得:v=.
答:(1)该飞船绕地球做匀速圆周运动时的轨道半径R+h;(2)该飞船绕地球做匀速圆周运动时的线速度大小.
一空间探测器从某一星球表面竖直升空,匀加速升空一段时间后,发动机突然关闭,整个上升过程其速度随时间的变化情况如图所示,图线上A、B两点对应的时刻分别为9s、25s.由图象可知探测器在该星球表面达到的最大高度H=______m;9s-25s内探测器的运动加速度大小为a=______m/s2.
正确答案
800
4
解析
解:根据图线知,探测器一直向上运动,上升的最大高度H=.
9s-25s内探测器的运动加速度大小a=.
故答案为:800,4
已知月球的质量约为地球质量的,半径约为地球半径的
.一宇航员在月球上用一根长为l的轻质细绳一端挂住一个质量为m的小球,另一端固定于空间一点,细绳自由下垂后,他给小球-个水平方向的冲量I0.使小球获得一水平初速度后,在竖直平面内运动,要使小球在向上摆动的过程中,细绳松弛,则宇航员所给小球的水平冲量I0的范围为多大(设地球表面的重力加速度为g)?
正确答案
解:设月球表面的重力加速度为g′,地球表面重力加速度为g,则
∴g′=g;
要使小球在向上摆动的过程中,细绳会松驰,必有小球作圆弧运动到与固定等高处时速度v1≥0,且在小球在固定点上方l处的速度满足mg≥;
而I0=mv0,EK0=
∴
联立解得:.
答:宇航员所给小球的水平冲量I0的范围为.
解析
解:设月球表面的重力加速度为g′,地球表面重力加速度为g,则
∴g′=g;
要使小球在向上摆动的过程中,细绳会松驰,必有小球作圆弧运动到与固定等高处时速度v1≥0,且在小球在固定点上方l处的速度满足mg≥;
而I0=mv0,EK0=
∴
联立解得:.
答:宇航员所给小球的水平冲量I0的范围为.
美国地球物理专家通过计算发现,日本的某次大地震导致地球自转快了1.6μs(1s的百万分之一),通过理论分析下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B据题,日本的地震导致地球自转快了1.6μs,地球自转的周期变小.
以赤道地面的物体来分析:由于地球自转的周期变小,在地面上的物体随地球自转所需的向心力会增大,而“向心力”等于“地球对物体的万有引力减去地面对物体的支持力”,万有引力的大小不变,所以必然是地面对物体的支持力减小.地面对物体的支持力大小等于物体受到的“重力”,所以是物体的“重力”减小了.
故A正确,B错误.
C、D、对地球同步卫星而言,卫星的运行周期等于地球的自转周期.地球自转的周期T变小了,由开普勒第三定律=k可知,卫星的轨道半径R减小,卫星的高度要减小些,故C正确,D错误.
故选:AC
在天体表面,忽略中心天体自转的影响则有mg=G,即万有引力等于地球表面上物体所受的重力,故得g=______.
正确答案
解析
解:忽略天体自转的影响,万有引力等于地球表面上物体所受的重力,则有mg=G,解得
故答案为:.
宇航员在月球表面附近自h高处以初速度v0水平抛出一个小球,测出小球的水平射程为L.已知月球半径为R,若在月球上发射一颗卫星,使它在月球表面附近绕月球作圆周运动,若万有引力恒量为G,则该卫星的周期T=______;月球的质量M=______.
正确答案
解析
解:根据L=v0t得,t=.
由h=得,月球表面的重力加速度g=
.
根据mg=得,T=
.
根据得,月球的质量M=
.
故答案为:,
英国《新科学家(New Scientist)》杂志评选出了2008年度世界8项科学之最,在XTEJ1650-500双星系统中发现的最小黑洞位列其中,若某黑洞的半径R约45km,质量M和半径R的关系满足=
(其中c为光速,G为引力常量),则该黑洞表面重力加速度为______(用题中所给字母表示)
正确答案
1012m/s2
解析
解:黑洞实际为一天体,天体表面的物体受到的重力近似等于物体与该天体之间的万有引力,
对黑洞表面的某一质量为m物体有:
,
又有=
,
联立解得,
带入数据得重力加速度的数量级为1012m/s2,
故答案为:1012m/s2.
已知下面的哪组数据,可以算出地球的质量M(引力常量G为已知)的是( )
正确答案
解析
解:A、月球绕地球做圆周运动,地球对月球的万有引力提供圆周运动的向心力,列式如下:,可得:地球质量M=
,其中r为月球到地球的距离,而选项中只告诉地球半径,故不能计算地球的质量,故A错误;
B、地球绕太阳做圆周运动,太阳对地球的万有引力提供地球做圆周运动向心力,列式如下: 可知,m为地球质量,在等式两边刚好消去,故不能算得地球质量,故B错误;
C、人造地球卫星绕地球做圆周运动,地球对卫星的万有引力提供卫星做圆周运动的向心力,列式有:,可得地球质量M=
,
根据卫星线速度的定义可知v=,解得R地=
,代入可得地球质量M=
,故C正确;
D、地球绕太阳做圆周运动,太阳对地球的万有引力提供地球做圆周运动向心力,列式如下:,可知,m为地球质量,在等式两边刚好消去,故不能算得地球质量,故D错误.
故选:C.
当月球运动到太阳和地球中间且三者正好处在一条直线时,月球挡住太阳射向地球的光,地球处在月球的阴影区域内,即为日食现象,发生日食时月球距太阳中心的距离为1.5×1011m.已知月球绕地球的公转周期约为27天,轨道半径为3.8×108m,太阳质量2.0×1030kg,万有引力常量G=6.67×10-11N•m2/kg2,则日食发生时,月球分别对地球与太阳的引力之比约为( )
正确答案
解析
解:月球绕地球转动视为匀速圆周运动,根据牛顿第二定律,可知:
F向=ma向= ①
又因F向是由万有引力提供的
则F向=F万=G ②
则由①②联立可解得
代入数据得:kg
月亮对太阳的引力:
所以,月球分别对地球与太阳的引力之比:=
≈0.5
故选:A
美国“火星探路者”宇宙飞船经过4亿多公里的航行,成功地登陆火星并释放了一个机器人在火星探察,“探路者”号宇宙飞船在宇宙深处飞行过程中,发现A、B两颗天体各有一颗靠近表面飞行的卫星,并测得两颗卫星的环绕周期相等,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据得,M=
,则天体的密度
,因为周期相等,则天体A、B的密度一定相等,故A正确.
B、根据得,M=
,周期相等,但是半径不一定相等,则A、B的质量不一定相等,故B错误.
C、卫星的线速度v=,周期相等,天体A、B的半径不一定相等,则线速度不一定相等,故C错误.
D、根据=mR
得,g=
,可知天体A、B表面的重力加速度与天体的半径成正比,故D正确.
故选:AD.
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