- 万有引力与航天
- 共16469题
一个半径为地球的2倍,质量是地球16倍的行星,它表面的重力加速度是地球表面的重力加速度的( )
正确答案
解析
解:根据G得,g=
,
因为行星的质量是地球质量的16倍,半径是地球半径的2倍,则行星表面的重力加速度是地球表面的重力加速度的=4倍.
故选:A
2020年X星球一艘载人飞船在返回X星球的过程中遭遇太空垃圾阵,飞船不幸被击中迫降到最近的Z星球上.宇航员在降落以后为了解Z星球,以速率v竖直上抛一小球,经时间t物体落回抛出点.经过抢修飞船恢复动力,宇航员驾驶飞船在无动力的情况下绕Z星球表面附近能保持速率v1飞行,万有引力常量为G,不计一切阻力,求:
(1)Z星球的半径RZ
(2)Z星球的质量MZ.
正确答案
解:(1)由上抛运动的对称性,根据速度时间公式得:v=gz,
由万有引力定律提供向心力:,
得:.
(2)由万有引力定律提供向心力:,
解得:.
答:(1)Z星球的半径为;
(2)Z星球的质量为.
解析
解:(1)由上抛运动的对称性,根据速度时间公式得:v=gz,
由万有引力定律提供向心力:,
得:.
(2)由万有引力定律提供向心力:,
解得:.
答:(1)Z星球的半径为;
(2)Z星球的质量为.
据媒体报道,中国载人航天工程新闻发言人2012年2月17日宣布,神舟九号飞船将于2012年6月至8月择机发射,与“天官一号”目标飞行器展开手控交会对接,飞行乘组将由3名航天员组成.天宫一号目标飞行器,是我国自主研制的全新的载人飞行器,计划在轨道上的工作运行时间为2年,它可以与载人飞船进行多次对接.已知“天宫一号”飞行器质量为m,运行高度为h,地球半径为R,地球表面的重力加速度为g.求:
(1)天宫一号受到地球的万有引力大小;
(2)天宫一号的运行周期.
正确答案
解:(1)由万有引力定律可知,地球对“天宫一号”的引力为:
引=G,又G
=m′g,
联立解得:F引=()2mg,
(2)运行时因向心力由万有引力提供,有F引=m()2(R+h),
解得周期:T=;
答:(1)“天宫一号”受到地球的万有引力大小为()2mg;
(2)“天宫一号”的运行周期为.
解析
解:(1)由万有引力定律可知,地球对“天宫一号”的引力为:
引=G,又G
=m′g,
联立解得:F引=()2mg,
(2)运行时因向心力由万有引力提供,有F引=m()2(R+h),
解得周期:T=;
答:(1)“天宫一号”受到地球的万有引力大小为()2mg;
(2)“天宫一号”的运行周期为.
一颗人造卫星在地球引力作用下,绕地球做匀速圆周运动,已知地球的质量为M,地球的半径为R,卫星的质量为m,卫星离地面的高度为h,引力常量为G,则地球对卫星的万有引力大小为( )
正确答案
解析
解:根据万有引力的大小公式为:F=,r=R+h.
所以有:F=.故B正确,A、C、D错误.
故选:B.
如图为嫦娥三号登月轨迹示意图.图中M点为环地球运动的近地点,N为环月球运动的近月点.a为环月运行的圆轨道,b为环月球运动的椭圆轨道,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、地球的第二宇宙速度是11.2km/s,达到此值时,卫星将脱离地球的束缚,绕太阳运动,故嫦娥三号在环地球轨道上的运行速度不可能大于11.2km/s,故A错误.
B、嫦娥三号在M点点火加速,使万有引力小于向心力做离心运动,才能进入地月转移轨道,故B正确.
C、根据万有引力和牛顿第二定律得,有
,由此可知a1=a2.故C错误.
D、嫦娥三号在圆轨道b上减速做近心运动才能进入轨道a,即b上的机械能大于a上的机械能.故D正确.
故选:BD.
行星绕太阳做匀速圆周运动所需的向心力是由太阳对行星的万有引力提供,这个力的大小( )
正确答案
解析
解:行星绕太阳做匀速圆周运动所需的向心力是由太阳对行星的万有引力提供,根据万有引力定律F=G,可知万有引力与与行星和太阳间距离的二次方成反比,故ABC错误,D正确.
故选:D.
为了测量某行星的质量和半径,宇航员记录了登陆舱在该行星表面附近做圆周运动的周期为T,登陆舱在行星表面着陆后,用弹簧称量一个质量为m的砝码读数为N.已知引力常量为G.则下列计算中错误的是( )
正确答案
解析
解:A、登陆舱在该行星表面做圆周运动,万有引力提供向心力,故:,①
在星球表面,用弹簧称称量一个质量为m的砝码读数为N,故:
N= ②
联立解得:M=,R=
,故A正确,B错误.
C、行星的密度:ρ=,故C正确.
D、第一宇宙速度是星球表面轨道卫星的环绕速度,故v=,故D正确.
本题选错误的,故选:B.
设土星绕太阳的运动为匀速圆周运动,若测得土星到太阳的距离为r,土星绕太阳运动的周期为T,万有引力恒量为G,则根据以上数据可求出的物理量有( )
正确答案
解析
解:A、根据圆周运动的线速度和周期公式v=得土星线速度的大小,故A正确;
B、根据万有引力提供圆周运动向心力可以根据半径和周期求得中心的质量,因不知道土星的质量故无法求得太阳对土星的引力,故B错误;
C、万有引力提供圆周运动向心力只能求中心天体的质量,故无法求得土星的质量,所以C错误;
D、根据万有引力提供圆周运动向心力已知引力常量G,周期T和半径r可以求出中心天体太阳的质量M,故D正确.
故选:AD.
如图所示,是美国的“卡西尼”号探测器经过长达7年的“艰苦”旅行,进入绕土星飞行的轨道.若“卡西尼”号探测器在半径为R的土星上空离土星表面高h的圆形轨道上绕土星飞行,环绕n周飞行时间为t,已知引力常量为G,则下列关于土星质量M和平均密度ρ的表达式正确的是( )
正确答案
解析
解:探测器绕土星飞行,环绕n周飞行时间为t,则探测器运行的周期为 T=
由万有引力提供向心力得 G=m
得:M=
由 ρ=,V=
得:ρ=
.故D正确、ABC错误.
故选:D
如果物体在地球表面处的重力为G,则该物体在离地面高度等于地球半径处的重力为( )
正确答案
解析
解:设物体质量为m,地球质量为M,地球半径为R.
根据重力近似等于万有引力得
在地球表面处 G=
在离地面高度等于地球半径处G′=
则G′=
故选C.
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
已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,某人造地球卫星在距地球表面高度等于地球半径3倍处做匀速圆周运动,求:
(1)卫星的线速度;
(2)卫星绕地球做匀速圆周运动的周期.
正确答案
解:(1)对于卫星,由万有引力提供向心力,得:
质量为m′的物体在地球表面所受的重力等于万有引力大小,即:
解得:
(2)卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为:
代入数据得:
答:(1)卫星的线速度为;
(2)卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为.
解析
解:(1)对于卫星,由万有引力提供向心力,得:
质量为m′的物体在地球表面所受的重力等于万有引力大小,即:
解得:
(2)卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为:
代入数据得:
答:(1)卫星的线速度为;
(2)卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为.
(2015秋•莱芜期末)据每日邮报2014年4月18日报道,美国国家航空航天局(NASA)目前宣布首次在太阳系外发现“类地”行星Kepler-186f.若宇航员乘坐宇宙飞船到达该行星,进行科学观测:该行星自转周期为T;宇航员在该行星“北极”距该行星地面附近h处自由释放一个小球(引力视为恒力),落地时间为t.已知该行星半径为R,万有引力常量为G,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:宇航员在该行星“北极”距该行星地面附近h处自由释放一个小球,根据自由落体运动位移公式,有:
h=
解得:g=
A、根据万有引力提供圆周运动向心力有:,可得卫星的周期T=
,可知轨道半径越小周期越小,卫星的最小半径为R,则周期最小值为
═
,故A错误;
B、由,有:M=
,所以星球的密度ρ=
=
=
,故B错误;
C、同步卫星的周期与星球自转周期相同故有:,代入数据解得:h=
-R,故C错误;
D、星球的第一宇宙速度:,故D正确;
故选:D
如图,P、Q为某地区水平地面上的两点,在P点正下方一球形区域内储藏有石油,假定区域周围岩石均匀分布,密度为ρ;石油密度远小于ρ,可将上述球形区域视为空腔.如果没有这一空腔,则该地区重力加速度(正常值)沿竖直方向;当存在空腔时,该地区重力加速度的大小和方向会与正常情况有微小偏离.重力加速度在原坚直方向(即PO方向)上的投影相对于正常值的偏离叫做“重力加速度反常”.为了探寻石油区域的位置和石油储量,常利用P点附近重力加速度反常现象.已知引力常数为G.设球形空腔体积为V,球心深度为d(远小于地球半径),
=x,求:
(1)空腔所引起的Q点处的重力加速度反常.
(2)若在水平地面上半径L的范围内发现:重力加速度反常值在ξ与kξ(k>1)之间变化,且重力加速度反常的最大值出现在半径为L的范围的中心,如果这种反常是由于地下存在某一球形空腔造成的,试求此球形空腔球心的深度和空腔的体积.
正确答案
解:(1)如果将近地表的球形空腔填满密度为ρ的岩石,则该地区重力加速度便回到正常值.因此,重力加速度反常可通过填充后的球形区域产生的附加引力=m△g①来计算,式中的m是Q点的质量,M是填充后球形区域的质量,M=ρV②.
而r是球形空腔中心O至Q点的距离r=③
△g在数值上等于由于存在球形空腔所引起的Q点处重力加速度改变的大小.Q点处重力加速度改变的方向沿OQ方向,重力加速度反常△g′是这一改变在竖直方向上的投影△g′=④
联立以上式子得△g′=,⑤
(2)由⑤式得,重力加速度反常△g′的最大值和最小值分别为
(△g′)max=⑥
(△g′)min=⑦
由题设有(△g′)max=kξ、(△g′)min=ξ⑧
联立以上式子得,地下球形空腔球心的深度和空腔的体积分别为
d=,V=
答:(1)空腔所引起的Q点处的重力加速度反常是;
(2)此球形空腔球心的深度为,空腔的体积为
.
解析
解:(1)如果将近地表的球形空腔填满密度为ρ的岩石,则该地区重力加速度便回到正常值.因此,重力加速度反常可通过填充后的球形区域产生的附加引力=m△g①来计算,式中的m是Q点的质量,M是填充后球形区域的质量,M=ρV②.
而r是球形空腔中心O至Q点的距离r=③
△g在数值上等于由于存在球形空腔所引起的Q点处重力加速度改变的大小.Q点处重力加速度改变的方向沿OQ方向,重力加速度反常△g′是这一改变在竖直方向上的投影△g′=④
联立以上式子得△g′=,⑤
(2)由⑤式得,重力加速度反常△g′的最大值和最小值分别为
(△g′)max=⑥
(△g′)min=⑦
由题设有(△g′)max=kξ、(△g′)min=ξ⑧
联立以上式子得,地下球形空腔球心的深度和空腔的体积分别为
d=,V=
答:(1)空腔所引起的Q点处的重力加速度反常是;
(2)此球形空腔球心的深度为,空腔的体积为
.
地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,若高空中某处的重力加速度为,则该处距地球表面的高度为______,在该高度绕地球做匀速圆周运动的卫星的线速度大小为______.
正确答案
解:根设地球的质量为M,物体质量为m,物体距地面的高度为h.据万有引力近似等于重力得:
在地球表面:mg=G…①
在h高处:m•=G
… ②
由①②联立得:2R2=(R+h)2
解得:h=(-1)R
在该高度卫星绕地球做匀速圆周运动时,由重力提供向心力,则得:
m•=m
可得:v=
故答案为:(-1)R;
.
解析
解:根设地球的质量为M,物体质量为m,物体距地面的高度为h.据万有引力近似等于重力得:
在地球表面:mg=G…①
在h高处:m•=G
… ②
由①②联立得:2R2=(R+h)2
解得:h=(-1)R
在该高度卫星绕地球做匀速圆周运动时,由重力提供向心力,则得:
m•=m
可得:v=
故答案为:(-1)R;
.
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