- 万有引力与航天
- 共16469题
继神秘的火星之后,土星也成了世界关注的焦点.经过近7年时间,2亿千米在太空中风尘仆仆的穿行后,美航天局和欧航天局合作研究出“卡西尼”号土星探测器于美国东部时间6月30日(北京时间7月1日)抵达预定轨道,开始“拜访”土星及其卫星家族.这是人类首次针对土星及其31颗已知卫星最详尽的探测.若“卡西尼”号土星探测器进入土星飞行的轨道,在离土星表面高h的圆形轨道上绕土星飞行,环绕n周飞行时间为t,求
(1)土星的质量;
(2)忽略土星自转的影响,求土星表面的重力加速度.
正确答案
解:(1)“卡西尼”号的质量为m,土星的质量为M.“卡西尼”号围绕土星的中心做匀速圆周运动,其向心力由万有引力提供.
其中T=
所以有:M=
(2)设土星表面处有一质量为m1的物体,则有
m1g=G
得:g==
答:(1)星的质量M为.
(2)星表面的重力加速度g为.
解析
解:(1)“卡西尼”号的质量为m,土星的质量为M.“卡西尼”号围绕土星的中心做匀速圆周运动,其向心力由万有引力提供.
其中T=
所以有:M=
(2)设土星表面处有一质量为m1的物体,则有
m1g=G
得:g==
答:(1)星的质量M为.
(2)星表面的重力加速度g为.
以表彰伽利略对科学的贡献,2009年被联合国定为“国际天文年”.应用天文望远镜观测到地球中心到月球中心的距离为L1,地球中心到太阳中心的距离为L2,若已知万有引力常量为G,地球表面处的重力加速度为g,地球的半径为R,地球自转的周期为T1,公转周期为T2,则( )
正确答案
解析
解:A、根据,得
.故A正确.
B、根据,得
.故B正确.
C、月球是环绕天体,不能求出其质量.故C错误.
D、地球的密度=
.故D正确.
故选ABD.
对于万有引力的表达式F=G,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、公式中的G为万有引力常量,它是由实验得出的,不是人为规定的,故A正确.
B、万有引力的应用条件为两质点间的作用力,当r趋近于零时,两物体不能再看做质点,故B错误.
C、m1与m2受到的引力总是大小相等、方向相反,是一对相互作用力,与它们的质量是否相等无关.故C正确.
D、m1与m2受到的引力总是大小相等、方向相反,是一对作用力和反作用力,故D错误.
故选:AC.
要使两物体间的万有引力减小到原来的,下列办法不可采用的是( )
正确答案
解析
解:A、使两物体的质量各减小一半,距离不变,根据万有引力定律F=,可知,万有引力变为原来的
,A符合题意;
B、使其中一个物体的质量减小到原来的,距离不变,根据万有引力定律F=
,可知,万有引力变为原来的
,B符合题意;
C、使两物体间的距离增为原来的2倍,质量不变,根据万有引力定律F=,可知,万有引力变为原来的
,C符合题意;
D、使两物体间的距离和质量都减为原来的,根据万有引力定律F=
,可知,万有引力与原来相等,D不符合题意.
本题选择不可采用的方法是,故选:D.
宇宙飞船由地球飞向月球,当飞到某一位置时,飞船中的宇航员感到自己不受重力作用,此时宇航员在空中的位置距地球中心______m.(已知地球与月球中心距离3.8×108m,地球与月球的质量之比为81:1).
正确答案
3.42×108
解析
解:设月球质量为M,地球质量就为81M.
飞行器距地心距离为r1,飞行器距月心距离为r2.
由于地球对它的引力和月球对它的引力相等,根据万有引力定律得:
解得
又因为r1+r2=3.8×108m
解得r1==3.42×108m
故答案为:3.42×108m.
为了探测某星球,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,变轨到离该星球更近的半径为r2的圆轨道上运动,此时登陆舱的质量为m2,则下列说法正确的是( )
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:
G=m1r1(
)2
得出:M=,故A错误.
B、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B正确.
C、由于该星球的半径无法求解出,故无法求解该星球表面的重力加速度,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(
)2R,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:BD.
科学家发现太阳系有一个天体,天体的运行轨道近似地看作圆,天体的半径为R、质量为m,天体与太阳的中心间距为r,若万有引力常量为G,太阳的质量为M,该天体运行的公转周期为( )
正确答案
解析
解:天体绕太阳做圆周运动受到的万有引力提供向心力得,
解得:T=2
故选:B
经长期观测,人们在宇宙中已经发现了“双星系统”,“双星系统”由两颗相距较近的恒星组成,每个恒星的线度远小于两个星体之间的距离,而且双星系统一般远离其他天体.如图所示,两颗星球组成的双星,在相互之间的万有引力作用下,绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动.现测得两颗星之间的距离为L,质量之比为m1:m2=3:2.则可知( )
正确答案
解析
解:双星靠相互间的万有引力提供向心力,具有相同的角速度,根据万有引力等于向心力,得:
对m1:G=m1r1ω2,
对m2:G=m2r2ω2.
得:m1r1=m2r2,=
=
又 r1+r2=L
所以 r1=L,r2=
L.
又v=rω,ω相等,所以线速度之比 =
=
.故B、D正确.A、C错误.
故选:BD.
贴近某星球表面运行的飞船t时间转过θ角,则该星球的密度为______.(已知万有引力恒量为G)
正确答案
解析
解:飞船运动的角速度为ω=
飞船在星球表面附近做匀速圆周运动,由万有引力充当向心力,则有
G=mω2R
又该星球的密度 ρ==
联立以上三式得:ρ=
故答案为:
一探月航天器在接近月球表面的轨道上绕月飞行,其运动可视为匀速圆周运动.已知月球质量为M,半径为R,引力常量为G,不考虑月球自转的影响.求:
(1)航天器运行线速度v的大小;
(2)月球表面重力加速度g′的大小.
正确答案
解:(1)设航天器质量为m0,根据万有引力提供向心力
解得:
(2)质量为m1的物体在月球表面满足
解得:
答:(1)航天器运行线速度v的大小为;
(2)月球表面重力加速度g′的大小为.
解析
解:(1)设航天器质量为m0,根据万有引力提供向心力
解得:
(2)质量为m1的物体在月球表面满足
解得:
答:(1)航天器运行线速度v的大小为;
(2)月球表面重力加速度g′的大小为.
开学初,小源到建设银行营业网点兑换了此前在网上预约的中国高铁纪念币。这枚纪念币由中国人民银行发行,面额10元,每人限兑20枚,且需要提前预约。小源打算与班上同学分享自己的喜悦。他可以向大家这样介绍
①纪念币面额和实际购买力都是由中国人民银行规定的
②纪念币可以直接购买商品,也具有支付手段等货币职能
③纪念币发行量有限,具有一定的收藏价值和升值空间
④纪念币不能与同面额人民币等值流通,必须在规定时间地点使用
正确答案
解析
①错误,国家无权规定纪念币的实际购买力;④错误,纪念币与同面额人民币等值流通,在任何时间地点都可使用;由中国人民银行发行的纪念币属于法定货币,可以直接购买商品,也具有支付手段等货币职能,因其发行量有限,具有一定的收藏价值和升值空间,故②③正确。
知识点
天体中两颗恒星的质量相差不大,相距较近时,它们绕一中心分别做匀速圆周运动,这叫双星.已知双星的质量分别为m1和m2,相距为r,它们分别绕连线上的一点做匀速圆周运动,求它们的角速度的大小.
正确答案
解:设m1、m2的轨道半径分别为r1、r2,角速度为ω,
根据牛顿第二定律得:
对m1有:G=m1ω2r1
对m2有:G=m2ω2(r-r1)
由以上二式有:r1=r,
将r1=r代入:G
=m1ω2r1,
解得:ω=;
答:它们的角速度的大小为.
解析
解:设m1、m2的轨道半径分别为r1、r2,角速度为ω,
根据牛顿第二定律得:
对m1有:G=m1ω2r1
对m2有:G=m2ω2(r-r1)
由以上二式有:r1=r,
将r1=r代入:G
=m1ω2r1,
解得:ω=;
答:它们的角速度的大小为.
据媒体报道,天文学家日前在距离地球127光年处发现了一个拥有7颗行星的“太阳系”,这些行星与其中央恒星之间遵循基本天体运行规律,和我们太阳系的规则相似.分析显示,该“太阳系”中一个行星绕中央恒星的公转周期是地球绕太阳公转周期的m倍;该行星与中央恒星的距离等于太阳和地球之间平均距离的n倍,行星与地球的公转轨道都可视为圆.
(1)求该“太阳系”中恒星的质量与太阳的质量之比.
(2)若已知该行星的质量是地球质量的p倍,半径是地球半径的q倍,求该行星的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度之比.
正确答案
解:(1)设“太阳系”中恒星质量为M1,行星的质量为m1,行星绕中央恒星运转的轨道半径为r1,周期为T1;太阳质量为M2,地球质量为m2,地球绕太阳运转的轨道半径为r2,周期为T2
对行星:G=m1r1(
)2
对地球:G=m2r2(
)2
联立解得:=
=
.
(2)设该行星的第一宇宙速度为v1,行星半径为R1,则有:
G=m
,
解得:v1=
设地球的第一宇宙速度为v2,地球半径为R2,则有:
G=m
,
解得:v2=
=
=
.
答:(1)该“太阳系”中恒星的质量与太阳的质量之比.
(2)该行星的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度之比.
解析
解:(1)设“太阳系”中恒星质量为M1,行星的质量为m1,行星绕中央恒星运转的轨道半径为r1,周期为T1;太阳质量为M2,地球质量为m2,地球绕太阳运转的轨道半径为r2,周期为T2
对行星:G=m1r1(
)2
对地球:G=m2r2(
)2
联立解得:=
=
.
(2)设该行星的第一宇宙速度为v1,行星半径为R1,则有:
G=m
,
解得:v1=
设地球的第一宇宙速度为v2,地球半径为R2,则有:
G=m
,
解得:v2=
=
=
.
答:(1)该“太阳系”中恒星的质量与太阳的质量之比.
(2)该行星的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度之比.
我国发射的“嫦娥三号”登月探测器靠近月球后,先在月球表面附近的近似轨道上绕月运行,然后经过一系列过程,在离月面4m高处做一次悬停(可认为是相对于月球静止),最后关闭发动机,探测器自由下落,已知探测器的质量约为1.3×103kg,地球质量约为月球的81倍,地球半径约为月球的3.7倍,地球表面的重力加速度大小约为9.8m/s2,则此探测器( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力等于重力=mg,
g=
地球质量约为月球的81倍,地球半径约为月球的3.7倍,地球表面的重力加速度大小约为9.8m/s2,
所以月球表面的重力加速度大小约为g′=1.66m/s2,
根据运动学公式得在着陆前的瞬间,速度大小约v==3.6m/s,故A错误;
B、登月探测器悬停时,二力平衡,
F=mg′=1.3×103×1.66≈2×103N,故B正确;
C、从离开近月圆轨道到着陆这段时间内,有外力做功,机械能不守恒,故C错误;
D、根据v=,地球质量约为月球的81倍,地球半径约为月球的3.7倍,
所以在近月圆轨道上运行的线速度小于人造卫星在近地圆轨道上运行的线速度,故D正确;
故选:BD.
已知某双星系统中两颗恒星绕它们线上的某一固定点分别做匀速圆周运动,周期均为T,两星距离为r,试推算这个双星系统的总质量.
正确答案
解:设两颗恒星的质量分别为m1、m2,做圆周运动的半径分别为r1、r2,角速度分别为ω1,ω2.根据题意有
ω1=ω2 ①
r1+r2=r ②
根据万有引力定律和牛顿定律,有 G=m1ω12r1 ③
G=m2ω22r2 ④
联立以上各式解得:r1= ⑤
根据角速度与周期的关系知:ω1=ω2= ⑥
联立③⑤⑥式解得:m1+m2=r3,
答:这个双星系统的总质量为r3.
解析
解:设两颗恒星的质量分别为m1、m2,做圆周运动的半径分别为r1、r2,角速度分别为ω1,ω2.根据题意有
ω1=ω2 ①
r1+r2=r ②
根据万有引力定律和牛顿定律,有 G=m1ω12r1 ③
G=m2ω22r2 ④
联立以上各式解得:r1= ⑤
根据角速度与周期的关系知:ω1=ω2= ⑥
联立③⑤⑥式解得:m1+m2=r3,
答:这个双星系统的总质量为r3.
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