- 万有引力与航天
- 共16469题
科学家设想,将来在月球上建立了工作站后可在月球上发射绕月球运行的卫星,若发射一颗月球卫星的圆轨道半径为R,运行周期为T,在知道引力常量G和月球半径r后,仅利用以上条件能够求出的是( )
正确答案
解析
解:卫星绕月球做圆周运动的向心力由万有引力提供,有=
=
①,
在月球表面万有引力等于重力则有: ②
A、由①式可得月球的质量M,根据v=方便算得第一宇宙速度,A正确;
B、由①式得月球的质量M,代入②式可得月球表面的重力加速度,B正确;
C、根据线速度的定义有,可得卫星绕月球运行的速度,C正确;
D、无论①还是②式,两边都可以消去卫星的质量,故不能计算出卫星和月球的质量之比,D错误.
故选ABC.
一个摆长为l1的单摆,在地面上作简谐运动,周期为T1,已知地球质量为M1,半径为R1;另一个摆长为l2的单摆,在质量为M2,半径为R2的星球表面作简谐运动,周期为T2,若T1=2T2,l1=4l2,M1=4M2,则地球半径与星球半径之比R1:R2为( )
正确答案
解析
解:由单摆周期公式T=2π可知:
T1=2π,T2=2π
,
∵T1=2T2,l1=4l2,
∴g1=g2;
设星球表面的物体质量为m,
则G=mg,g=
,
∵g1=g2,
∴=
,
=
=
=
;
故选A.
有密度相同的两颗行星A和B,已知A星的表面重力加速度是B星表面重力加速度的2倍(忽略行星自转的影响),则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、根据两星密度相同有:,
根据两星重力加速度的关系有:
联立解得:,
,
故A错误、B正确.
CD、由第一宇宙速度,得:
,故C错误、D项正确
故选:BD.
利用下列哪组数据及万有引力常量G,能够计算出地球质量的是( )
正确答案
解析
解:A、根据得,太阳的质量
,无法求出地球的质量,故A错误.
B、根据得,地球的质量
,故B正确.
C、已知人造地球卫星的速度和周期,可以求出轨道半径r=,根据
可以求出地球的质量,故C正确.
D、根据得,地球的质量M=
,故D正确.
故选:BCD.
下列关于行星绕太阳运动的说法中,正确的是( )
正确答案
解析
解:A、行星绕太阳运动做椭圆轨道运动,并不是所有行星都在一个椭圆上,故A错误.
B、由开普勒第二定律可知,行星与太阳连线在相同时间内扫过的面积相等,故在近日点速度大,远日点速度小,故B错误.
C、由开普勒第一定律可知:行星绕太阳运动做椭圆轨道运动,太阳在椭圆的一个焦点上,故C正确.
D、由开普勒第三定律可知:所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等,即=k,故D正确.
故选:CD.
(2015•黄山二模)火星成为我国深空探测的第二颗星球,假设火星探测器在着陆前,绕火星表面匀速飞行(不计周围其他天体的影响),宇航员测出飞行N圈用时t,已知地球质量为M,地球半径为R,火星半径为r,地球表面重力加速度为g.则( )
正确答案
解析
解:A、行N圈用时t,故速度为:v==
,故A错误;
B、火星探测器匀速飞行的向心加速度约为:a==
,故B正确;
C、探测器受到的万有引力提供向心力,故:,等式两边的质量m约去了,无法求解探测器的质量m,故C错误;
D、探测器受到的万有引力提供向心力,故:;
又由于M=,故火星的平均密度为:ρ=
;故D错误;
故选:B.
宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动,先在半径为R1的轨道上运行,变轨后在半径为R2的轨道上运行,R1>R2,则变轨后宇宙飞船的( )
正确答案
解析
解:根据G=m
=mω2R=ma=m
R,得:
v=,ω=
,a=
,T=2π
因R1>R2,则线速度v、角速度ω、向心加速度a均增大,周期T减小.
故选:C.
若在相距很远的两颗行星A和B的表面各发射一颗卫星a和b,它们都在行星表面附近做圆周运动,测得a绕行星A的周期为Ta,b绕行星B的周期为Tb,则这两颗行星的密度之比ρA:ρB=______.
正确答案
TB2:TA2
解析
解:
由万有引力定律的公式和向心力公式有:
得:
(R为天体的半径)
当卫星沿天体表面绕天体运行时,r=R
则有:
则会推导出ρA:ρB=TB2:TA2
故答案为:TB2:TA2
据天文学家研究发现,月球正在以每年3.8cm的“速度”远离地球,地月之间的距离从“刚开始”的约2×104km拉大到目前的月38×104km,100万年前的古人类看到的月球大小是现在的15倍左右,随着时间的推移,月球还会“走”很远,最终离开地球的“视线”,假设地球和月球的质量不变,不考虑其它星球对“地-月”系统的影响,已知月球环绕地球运动的周期为27d(天),=4.36,
=3.87,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、月球在离开地球“视线”之前要克服万有引力做功,所以重力势能会缓慢增大,A正确
B、根据万有引力充当向心力得:V=,所以刚开始的V′=
=4.36V,B错误
C、根据万有引力充当向心力得:T=,所以刚开始的T′=
=
=
h≈8h,故C正确
D、根据万有引力充当向心力得:,所以目前的向心加速度约为“刚开始”的a=
=
,D错误
故选:AC
冥王星绕太阳的公转轨道是个椭圆,公转周期为T0,质量为m,其近日点A到太阳的距离为a,远日点C到太阳的距离为b,半短轴的长度为c,A、C两点的曲率半径均为ka(通过该点和曲线上紧邻该点两侧的两点作一圆,在极限情况下,这个圆就叫做该点的曲率圆,其半径叫做该点的曲率半径),如图所示.若太阳的质量为M,万有引力常量为G,忽略其他行星对它的影响及太阳半径的大小,则( )
正确答案
解析
解:A、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A正确;
BC、万有引力对它做的功等于势能的减小量,等于动能的增加量W=-
,根据万有引力充当向心力知G
=m
,GM
=m
,联立解得万有引力对它做的功W=
GMmk(
-
),故C正确,B错误;
D、设B到太阳的距离为x,则x2=c2,根据万有引力充当向心力知
=ma,知冥王星在B点的加速度为a=
,故D正确;
故选:ACD
我国于2010年启动探月计划--“嫦娥工程”,同学们也对月球有了更多的关注.若已知地球的半径为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,万有引力常量为G,月球绕地球的运动近似看作匀速圆周运动,试求出:
(1)地球的质量M;
(2)月球绕地球运动的轨道半径r.
正确答案
解:(1)地球表面的物体所受的万有引力等于物体重力,,
解得地球的质量M=.
(2)月球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,,
解得月球绕地球运动的轨道半径r==
.
答:(1)地球的质量M为;
(2)月球绕地球运动的轨道半径为.
解析
解:(1)地球表面的物体所受的万有引力等于物体重力,,
解得地球的质量M=.
(2)月球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,,
解得月球绕地球运动的轨道半径r==
.
答:(1)地球的质量M为;
(2)月球绕地球运动的轨道半径为.
2013年12月2日1时30分,嫦娥三号探测器由长征三号乙运载火箭从西昌卫星发射中心发射,首次实现月球软着陆和月面巡视勘察.嫦娥三号的飞行轨道示意图如图所示.假设嫦娥三号在环月段圆轨道和椭圆轨道上运动时,只受到月球的万有引力,则( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力得:
=
可以解出月球的质量M=,由于不知道月球的半径,无法知道月球的体积,故无法计算月球的密度.故A错误.
B、嫦娥三号在环月段圆轨道上P点减速,使万有引力大于向心力做近心运动,才能进入进入环月段椭圆轨道.故B正确.
C、嫦娥三号在环月段椭圆轨道上P点向Q点运动中,距离月球越来越近,月球对其引力做正功,故速度增大,即嫦娥三号在环月段椭圆轨道上P点的速度小于Q点的速度,故C错误.
D、嫦娥三号在动力下降阶段,高度下降,引力做正功,故引力势能减小,故D正确.
故选:BD.
万有引力定律揭示了天体运动规律与地上物体运动规律具有内在的一致性.
(1)用弹簧秤称量一个相对于地球静止的小物体的重量,随称量位置的变化可能会有不同的结果.已知地球质量为M,自转周期为T,万有引力常量为G.将地球视为半径为R、质量均匀分布的球体,不考虑空气的影响.设在地球北极地面称量时,弹簧秤的读数是F0
a.若在北极上空高出地面h处称量,弹簧秤读数为F1,求比值的表达式,并就h=1.0%R的情形算出具体数值(计算结果保留两位有效数字);
b.若在赤道地面称量,弹簧秤读数为F2,求比值的表达式.
(2)设想地球绕太阳公转的圆周轨道半径为r、太阳的半径为Rs和地球的半径R三者均减小为现在的1.0%,而太阳和地球的密度均匀且不变.仅考虑太阳和地球之间的相互作用,以现实地球的1年为标准,计算“设想地球”的一年将变为多长?
正确答案
解:(1)在地球北极点不考虑地球自转,则秤所称得的重力则为其万有引力,于是
①
②
由公式①②可以得出:
=0.98.
③
由①和③可得:
(2)根据万有引力定律,有
又因为,
解得
从上式可知,当太阳半径减小为现在的1.0%时,地球公转周期不变.
答:
(1)=0.98.比值
(2)地球公转周期不变.仍然为1年.
解析
解:(1)在地球北极点不考虑地球自转,则秤所称得的重力则为其万有引力,于是
①
②
由公式①②可以得出:
=0.98.
③
由①和③可得:
(2)根据万有引力定律,有
又因为,
解得
从上式可知,当太阳半径减小为现在的1.0%时,地球公转周期不变.
答:
(1)=0.98.比值
(2)地球公转周期不变.仍然为1年.
2006年2月10日,中国航天局将如图所示的标志确定为中国月球探测工程形象标志,它以中国书法的笔触,抽象地勾勒出一轮明月,一双脚印踏在其上,象征着月球探测的终极梦想,今天我们已成功地发射了探月卫星.假想人类不断向月球“移民”,经过较长时间后,月球和地球仍可视为均匀球体,地球的总质量仍大于月球的总质量,月球仍按原轨道运行,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、假想人类不断向月球“移民”,经过较长时间后,月球和地球仍可视为均匀球体,根据万有引力提供向心力得:=ma
=
=
a=
T=2π
v=
假想人类不断向月球“移民”,经过较长时间后,所以m增大,M减小.
所以月球绕地球运动的周期将变大,月球绕地球运动的向心加速度和线速度将变小.故A、B、D错误.
C、设月球质量为m,地球质量为M,月球与地球之间的距离为r,根据万有引力定律得:
地球与月球间的万有引力F=,
假想人类不断向月球“移民”,经过较长时间后,所以m增大,M减小.
由数学知识可知,当m与M相接近时,它们之间的万有引力较大,当它们的质量之差逐渐减小时,m与M的乘积将增大,它们之间的万有引力值将增大,故C正确.
故选C.
2002年四月下旬,天空中出现了水星、金星、火星、木星、土星近乎直线排列的“五星连珠”的奇观,这种现象的概率大约是几百年一次.假设火星和木星绕太阳作匀速圆周运动,周期分别是T1和T2,而且火星离太阳较近,它们绕太阳运动的轨道基本上在同一平面内,若某一时刻火星和木星都在太阳的同一侧,三者在一条直线上排列,那么再经过多长的时间将第二次出现这种现象( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力得:
=
解得:T=2π
火星离太阳较近,即轨道半径小,所以周期小.
设再经过t时间将第二次出现这种现象;两个做匀速圆周运动的物体追及相遇的问题,虽然不在同一轨道上,但是当它们相遇时,运动较快的物体比运动较慢的物体少运行2π弧度.
所以:
解得:t=
故选:C
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