- 万有引力与航天
- 共16469题
火箭发射“神舟”号宇宙飞船开始阶段是竖直升空,设向上的加速度a=5m/s2,宇宙飞船中用弹簧秤悬挂一个质量为m=9kg的物体,当飞船升到某高度时,弹簧秤示数为85N,那么此时飞船距地面的高度是多少(地球半径R=6400km,地球表面重力加速度g=10m/s2)?
正确答案
解:升空到距地h高处,对飞船中的物体进行受力分析,运用牛顿第二定律列出等式:
F-mg‘=ma,
又由于万有引力近似等于物体重力得:
开始升空时:mg=,
在h高处时:mg'=,
由以上三式解得h==3200km
答:此时飞船距地面的高度是3200km.
解析
解:升空到距地h高处,对飞船中的物体进行受力分析,运用牛顿第二定律列出等式:
F-mg‘=ma,
又由于万有引力近似等于物体重力得:
开始升空时:mg=,
在h高处时:mg'=,
由以上三式解得h==3200km
答:此时飞船距地面的高度是3200km.
火星半径约为地球半径的,火星质量约为地球质量的
,地球表面的重力加速度g取10m/s2.
(1)求火星表面的重力加速度.
(2)若弹簧测力计在地球上最多可测出质量是2kg的物体所受的重力,则该弹簧测力计在火星上最多可测出质量是多大的物体所受的重力?
正确答案
解:(1)由星体表面万有引力等于重力:mg=G
解得:=
×(
)2=
×
=
则有:g火=g=
m/s2.
(2)弹簧测力计在地球上最多可测出质量是2kg的物体所受的重力,
则有弹簧的最大弹力为Fmax=2×10=20N
该弹簧测力计在火星上最大弹力仍为20N,
根据G=mg火,则有m==4.5kg
答:(1)火星表面的重力加速度m/s2.
(2)该弹簧测力计在火星上最多可测出质量是4.5kg的物体所受的重力.
解析
解:(1)由星体表面万有引力等于重力:mg=G
解得:=
×(
)2=
×
=
则有:g火=g=
m/s2.
(2)弹簧测力计在地球上最多可测出质量是2kg的物体所受的重力,
则有弹簧的最大弹力为Fmax=2×10=20N
该弹簧测力计在火星上最大弹力仍为20N,
根据G=mg火,则有m==4.5kg
答:(1)火星表面的重力加速度m/s2.
(2)该弹簧测力计在火星上最多可测出质量是4.5kg的物体所受的重力.
如图所示,“嫦娥奔月”的过程可以简化为:“嫦娥一号”升空后,绕地球沿椭圆轨道运动,远地点A距地面高度为h1,然后经过变轨被月球捕获,再经多次变轨,最终在距离月球表面高度为h2的轨道上绕月球做匀速圆周运动.若已知地球的半径为R1、表面重力加速度为g1;月球的质量为M2,半径为R2,引力常量为G,根据以上信息,不可以确定的是( )
正确答案
解析
解:A、根据牛顿第二定律得
“嫦娥一号”在远地点A时万有引力等于其合力.=ma①
忽略地球自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式.
=m′g1 ②
由①②可求得“嫦娥一号”在远地点A时的加速度.
由于轨道是椭圆,在远地点A时的速度无法确定,故A错误,B正确.
C、“嫦娥一号”绕月球运动根据万有引力提供向心力,列出等式
=m(R1+h2)
③
忽略月球自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式
=m′g2④
由③④可求得“嫦娥一号”绕月球运动的周期和月球表面的重力加速度,故C、D正确.
本题选错误的,故选A.
如图所示,三个质量均为m的恒星系统,组成一个边长为a的等边三角形.设它们仅受彼此之间的万有引力作用,且正在以三角形的中心O点为圆心,在三角形所在的平面内做匀速圆周运动.已知引力常量为G,则( )
正确答案
解析
解:三个质量均为m的恒星系统,组成一个边长为a的等边三角形,等边三角形的角为60°;
A、任意两个星星之间的万有引力F=G,每一颗星星受到的合力:F合=2Fcos30°=
F=
,故AB错误;
C、由牛顿第二定律得:=ma,解得,向心加速度:a=
,故C正确;
D、由几何关系知:它们的轨道半径r=a,由牛顿第二定律得:
=mω2r,解得:ω=
,故D正确;
故选:CD.
关于质量为m1和质量为m2的两个物体间的万有引力表达式F=G,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、公式中的G是引力常量,是卡文迪许通过实验测量出来的,故A错误;
B、当两物体间的距离r趋向零时,两物体不能看成质点,万有引力定律不再适用.故B错误;
C、两个物体间的万有引力总是大小相等,方向相反,是一对作用力和反作用力,大小一定是相等的.故C正确,D错误;
故选:C.
蟹状星云脉冲星的辐射脉冲周期是0.033s.假设它是由均匀分布的物质构成的球体,脉冲周期是它的旋转周期,万有引力是唯一能阻止它离心分解的力,已知万有引力常量G=6.67×10-11m3•kg-1•s-2,由于脉冲星表面的物质未分离,故可估算出此脉冲星密度的下限是______kg•m-3.
正确答案
1.3×1014
解析
解:脉冲星不瓦解的临界条件是:该星球表面的物质受星体的万有引力恰提供向心力.
设表面有一块质量为m的物体,则:;
又,
,
联立解得≈1.3×1014kg.m-3.
故答案为:1.3×1014.
宇宙中,两颗靠得比较近的恒星,只受到彼此之间的万有引力作用互相绕转,称之为双星系统,设某双星系统绕其连线上的O点做匀速圆周运动,如图所示.若AO<OB,则( )
正确答案
解析
解:A、双星靠相互间的万有引力提供向心力,所以向心力相等,故A错误;
B、双星系统角速度相等,根据v=ωr,且AO<OB,可知,A的线速度小于B的线速度,故B错误;
C、根据万有引力提供向心力公式得:G=m1ω2r1=m2ω2r2,因为r1<r2,所以m1>m2,即A的质量一定大于B的质量,故C正确;
D、根据万有引力提供向心力公式得:G=m1(
)2r1=m2(
)2r2,解得周期为T=2π
,由此可知双星的总质量一定,双星之间的距离越大,转动周期越大,故D正确;
故选:CD.
不可回收的航天器在使用后,将成为太空垃圾.如图是漂浮在地球附近的太空垃圾示意图,对此有如下说法,正确的是( )
正确答案
解析
解:设地球质量为M,垃圾质量为m,垃圾的轨道半径为r;
A、由牛顿第二定律可得:G=m
r,垃圾的运行周期:T=2π
,
∵2、π、G、M是常数,∴r越小,即离地越低的太空垃圾运行周期越小,故A正确;
B、由牛顿第二定律可得:G=mω2r,垃圾运行的角速度ω=
,
∵G、M是常数,∴轨道半径越大,即离地越高的垃圾的角速度越小,故B正确;
C、由牛顿第二定律可得:G=m
,垃圾运行的线速度v=
,
∵G、M是常数,∴轨道半径越大,即离地越高的垃圾线速度越小,故C错误;
D、由线速度公式v=可知,在同一轨道上的航天器与太空垃圾线速度相同,
如果它们绕地球飞行的运转方向相同,它们不会碰撞,故D错误;
故选AB.
宇航员站在一颗星球表面上的高h处,沿水平方向抛出一个小球.经过时间t,小球落到星球表面,该星球的半径为R,万有引力常数为G.求:该星球的质量多大?
正确答案
解:根据h=得,g=
,
根据得,星球的质量M=
.
答:该星球的质量为.
解析
解:根据h=得,g=
,
根据得,星球的质量M=
.
答:该星球的质量为.
某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体,经时间t物体以速率v落回手中,已知该星球的半径为R,求这星球上的第一宇宙速度______.
正确答案
解析
解:根据竖直上抛运动的对称性知,星球表面的重力加速度g=,
根据mg=得,星球上的第一宇宙速度v=
.
故答案为:.
某中子星的质量大约为2×1030kg,它的半径才不过10km,求:
(1)此中子星表面处的自由落体加速度?
(2)贴近中子星表面,沿圆轨道运动的小卫星的环绕速度?(G=6.67×10-11Nm2/kg2,=1.1)
正确答案
解:(1)根据得中子星表面处的自由落体运动的加速度为:
g==1.3×1012m/s2.
(2)根据=mg,
解得:v=m/s.
答:(1)中子星表面处的自由落体加速度为1.3×1012m/s2;
(2)贴近中子星表面,沿圆轨道运动的小卫星的环绕速度为1.1×1012m/s.
解析
解:(1)根据得中子星表面处的自由落体运动的加速度为:
g==1.3×1012m/s2.
(2)根据=mg,
解得:v=m/s.
答:(1)中子星表面处的自由落体加速度为1.3×1012m/s2;
(2)贴近中子星表面,沿圆轨道运动的小卫星的环绕速度为1.1×1012m/s.
航天员在某陌生星球上做自由落体实验,将一小球由距离星球表面高h处由静止释放,经时间t落到星球表面,已知该星球半径为R,万有引力常量为G.试求:
(1)星球表面处重力加速度g的大小;
(2)该星球的质量.
正确答案
解:(1)由自由落体运动的规律可知:
解得星球表面重力加速度:①
(2)在月球表面,万有引力与重力相等
②
由①②得:星球的质量③
答:(1)星球表面处重力加速度g的大小;
(2)星球的质量
解析
解:(1)由自由落体运动的规律可知:
解得星球表面重力加速度:①
(2)在月球表面,万有引力与重力相等
②
由①②得:星球的质量③
答:(1)星球表面处重力加速度g的大小;
(2)星球的质量
如图所示,航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后,在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,B为轨道Ⅱ上的一点,关于航天飞机的运动,下列说法中正确的有( )
正确答案
解析
解:A、轨道Ⅱ上由A点运动到B点,引力做正功,动能增加,所以经过A的速度小于经过B的速度.故A正确.
B、从轨道Ⅰ的A点进入轨道Ⅱ需减速,使万有引力大于所需要的向心力,做近心运动.所以轨道Ⅱ上经过A的速度小于在轨道Ⅰ上经过A的速度,则在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在轨道Ⅰ上经过A的动.故B正确.
C、根据开普勒第三定律,椭圆轨道的半长轴小于圆轨道的半径,所以在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期.故C正确.
D、在轨道Ⅱ上和在轨道Ⅰ通过A点时所受的万有引力相等,根据牛顿第二定律,加速度相等.故D错误.
故选:ABC.
假定地球、月球都静止不动,用火箭从地球沿地月连线发射一探测器.假定探测器在地球表面附近脱离火箭.用W表示探测器从脱离火箭处飞到月球的过程中克服地球引力做的功,用Ek表示探测器脱离火箭时的动能,若不计空气阻力,则( )
正确答案
解析
解:探测器脱离火箭后同时受到地球的引力和月球的引力,
根据F=G
可知开始时物体受到地球的引力大于受到月球的引力,后来受到月球的引力大于受到地球的引力,
所以探测器在运动的过程中地球的引力对物体做负功,月球的引力对物体做正功,
所以探测器能够到达月球的条件是必须克服地球引力做功越过引力相等的位置.
又根据F=G可知探测器受到的引力相等的位置的位置距离地球远而距离月球近,
设在探测器运动的过程中月球引力对探测器做的功为W1,探测器克服地球引力对探测器做的功为W,并且W1<W,
若探测器恰好到达月球,则根据动能定理可得
-W+W1=EK末-Ek,
即EK末=EK-W+W1
故探测器能够到达月球的条件是Ek末=EK-W+W1≥0,
即EK≥W-W1,
故EK小于W时探测器也可能到达月球.
故B正确.
由于M地≈81M月,
故W≈81W1
假设当EK=W时探测器能够到达月球,则Ek≥W-W1仍然成立,可转化为
≥W-W1仍然成立,即应有W1≥
W,这显然与W≈81W1
相矛盾,故假设不正确.即探测器一定不能到达月球.
故D正确.
故选B、D.
某同学在物理学习中记录了一些与地球、月球有关的数据资料如下:
地球质量M=5.98×1024kg,地球半径R=6400km,月球半径r=1740km,地球表面重力加速度g=9.80m/s2,
月球表面重力加速度g′=1.56m/s2,月球绕地球转动的线速度v=1000m/s,月球绕地球转动一周时间为T=27.3天,光速C=2.998×105km/s,1969年8月1日第一次用激光器向位于天顶的月球表面发射出激光光束,经过约t=2.565s接收到从月球表面反射回来的激光信号.该同学想利用上述数据估算出地球表面与月球表面之间的距离s,请你利用上述条件,帮该同学设计估算方法.不要求算出具体数据,只需要将最终答案用上述条件中的字母表示出来即可,至少提出两种方法.
正确答案
解:方法1:激光光束从发射到接收的时间为t=2.565s,则激光光束从地球射到月球的时间为,光速为c,地球表面与月球表面之间的距离s=c•
.
方法2:月球中心绕地球中心圆周运动的线速度大小为v,月球中心到地球中心的距离为s+R+r,
利用月球运动的线速度,周期之间的关系得公式v=(s+R+r)可以求出s=
-R-r.
方法3:月球中心绕地球中心圆周运动,根据月球的向心力由地球的万有引力提供得
=
根据地球表面万有引力等于重力得:=mg
联立解得:s=-R-r.
答:地球表面与月球表面之间的距离有三种表达式:1、s=c•.
2、s=-R-r.
3、s=-R-r.
解析
解:方法1:激光光束从发射到接收的时间为t=2.565s,则激光光束从地球射到月球的时间为,光速为c,地球表面与月球表面之间的距离s=c•
.
方法2:月球中心绕地球中心圆周运动的线速度大小为v,月球中心到地球中心的距离为s+R+r,
利用月球运动的线速度,周期之间的关系得公式v=(s+R+r)可以求出s=
-R-r.
方法3:月球中心绕地球中心圆周运动,根据月球的向心力由地球的万有引力提供得
=
根据地球表面万有引力等于重力得:=mg
联立解得:s=-R-r.
答:地球表面与月球表面之间的距离有三种表达式:1、s=c•.
2、s=-R-r.
3、s=-R-r.
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