- 万有引力与航天
- 共16469题
如果把水星和金星绕太阳的运动视为匀速圆周运动,从水星与金星在一条直线上开始计时,若天文学家测得在相同时间内水星转过的角度为θ1;金星转过的角度为θ2(θ1、θ2均为锐角),则由此条件可求得( )
正确答案
解析
解:A、相同时间内水星转过的角度为θ1;金星转过的角度为θ2,可知它们的角速度之比为θ1:θ2.周期T=,则周期比为θ2:θ1.故A正确.
B、水星和金星是环绕天体,无法求出质量,也无法知道它们的半径,所以求不出密度比.故B错误.
C、根据万有引力提供向心力:,r=
,知道了角速度比,就可求出轨道半径之比.故C正确.
D、根据a=rω2,轨道半径之比、角速度之比都知道,很容易求出向心加速度之比.故D正确.
故选:ACD.
假设在地面竖直挖一个洞直达地心,让一个小球沿着洞自由下落,在下落过程中,小球受重力是( )
正确答案
解析
解:在地球表面可以认为万有引力等于重力.即:;
又地球的质量M=
所以解得:g=G
可以知道重力加速度虽半径的减小而减小;
故选:B.
我国月球探测计划“嫦娥工程”已经启动,科学家对月球的探索会越来越深入.
(1)若已知地球半径为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,月球绕地球的运动近似看做匀速圆周运动,试求出月球绕地球运动的轨道半径;
(2)若宇航员随登月飞船登陆月球后,在月球表面高度为h的某处以速度v0水平抛出一个小球,小球飞出的水平距离为x.已知月球半径为R月,引力常量为G,试求出月球的质量M月.
正确答案
解:(1)设地球质量为M,月球质量为M月,根据万有引力定律及向心力公式得:
…①
在地球表面重力与万有引力大小相等有:
…②
由①②两式可解得:月球的半径为:
(2)设月球表面处的重力加速度为g月,小球飞行时间为t,根据题意
水平方向上有:x=v0t…④
竖直方向上有:…⑤
又在月球表面重力万有引力相等故有:…⑥
由④⑤⑥可解得:
答:(1)月球绕地球运动的轨道半径为;
(2)月球的质量M月为.
解析
解:(1)设地球质量为M,月球质量为M月,根据万有引力定律及向心力公式得:
…①
在地球表面重力与万有引力大小相等有:
…②
由①②两式可解得:月球的半径为:
(2)设月球表面处的重力加速度为g月,小球飞行时间为t,根据题意
水平方向上有:x=v0t…④
竖直方向上有:…⑤
又在月球表面重力万有引力相等故有:…⑥
由④⑤⑥可解得:
答:(1)月球绕地球运动的轨道半径为;
(2)月球的质量M月为.
水星和金星绕太阳的轨道可视为同一平面内的圆周,设水星、金星的运转周期分别为T1、T2,从水星与金星在太阳同侧的一条直线上开始计时,则两星再次在太阳同侧一条直线上需经过的时间为( )
正确答案
解析
解:设需要的时间为t,在此时间内水星比金星多转一周,就会再次出现这种现象,故有:
,
解得t=.
故选:D.
在一次宇宙探险活动中,发现一行星,经观测其半径为R,当飞船在接近行星表面的上空做匀速圆周运动时,周期为T飞船着陆后,宇航员用绳子拉着质量为m的仪器箱在平坦的“地面”上运动,已知拉力大小为F,拉力与水平面的夹角为θ,箱子做匀速直线运动.(引力常量为G)求:
(1)行星的质量M;
(2)箱子与“地面”间的动摩擦因数.
正确答案
解:(1)由万有引力定律及牛顿第二定律得
而,
解得;
(2)水平方向Fcosθ=μFN,
竖直方向Fsinθ+FN=mg
在星球表面有
联立解得;
答:(1)行星的质量;
(2)箱子与“地面”间的动摩擦因数为.
解析
解:(1)由万有引力定律及牛顿第二定律得
而,
解得;
(2)水平方向Fcosθ=μFN,
竖直方向Fsinθ+FN=mg
在星球表面有
联立解得;
答:(1)行星的质量;
(2)箱子与“地面”间的动摩擦因数为.
“嫦娥二号”探月卫星在月球上方100km的圆形轨道上运行.已知“嫦娥二号”卫星的运行周期、月球半径、月球表面重力加速度、万有引力常量G.根据以上信息不能求出( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力等于重力G=mg,可求出月球的质量M=
,根据G
=mr(
)2,求出嫦娥二号的轨道半径r=
,再根据a=r(
)2,求出向心加速度.故A正确.
B、月球的质量M=,月球的体积V=
πR3,所以可求出月球的平均密度.故B正确.
C、可求出嫦娥二号的轨道半径r=,根据v=r(
)2,求出卫星的线速度大小.故C正确.
D、因为不知道卫星的质量,所以求不出卫星所需的向心力.故D错误.
本题选不能求解的,故选:D.
2013年12月14日,中国“嫦娥三号”探测器在月面虹湾区域成功软着陆.在使用7500N发动机经历720s动力下降后,“嫦娥三号”携“玉兔”距月球表面高度为h处悬停,如图所示.然后关闭反冲发动机,自由下落到月面实现软着陆.已知卫星在离月球表面高度为R处绕月球做匀速圆周运动的周期为T,月球半径为R,且h<<R,将月球看做质量均匀分布的球体,忽略月球的自转.求:
(1)月球表面的重力加速度g的大小;
(2)“嫦娥三号”着陆前瞬间的速度v的大小.
正确答案
解:(1)设月球质量为M,卫星质量为m,则根据万有引力提供向心力有:
月球表面的物体受到的重力等于万有引力,有:
解得:
(2)关闭反冲发动机后,“嫦娥三号”自由下落,则有:
v2=2gh
代入g值解得:
答:(1)月球表面的重力加速度g的大小为;
(2)“嫦娥三号”着陆前瞬间的速度v的大小为.
解析
解:(1)设月球质量为M,卫星质量为m,则根据万有引力提供向心力有:
月球表面的物体受到的重力等于万有引力,有:
解得:
(2)关闭反冲发动机后,“嫦娥三号”自由下落,则有:
v2=2gh
代入g值解得:
答:(1)月球表面的重力加速度g的大小为;
(2)“嫦娥三号”着陆前瞬间的速度v的大小为.
假设地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,飞船在距地面高度为3R的圆轨道Ⅰ运动,到达轨道上A点点火进入椭圆轨道Ⅱ,到达轨道的近地点B再次点火进入近地轨道Ⅲ绕地球做圆周运动,不考虑飞船质量的变化,下列分析正确的是( )
正确答案
解析
解:A、7.9km/s是近地圆轨道的环绕速度,在B点速度必须大于7.9km/s才能做离心运动,才能沿着轨道Ⅱ运动,故A正确;
B、飞船在轨道Ⅰ上,轨道半径为4R,万有引力提供向心力,有:
=m
地球表面重力加速度:
g=
联立解得:
v=,故B错误;
C、飞船从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ要在A点刹车减速做向心运动,故机械能要减小,故C错误;
D、飞船在轨道Ⅲ运行时,重力等于向心力,故:
mg=m
解得:
T=2π,故D正确;
故选:AD.
我国未来将建立月球基地,并在绕月轨道上建造空间站.如图,关闭动力的航天飞机在月球引力作用下经椭圆轨道向月球靠近,并将与空间站B处对接.已知空间站绕月轨道半径为r,周期为T,万有引力常量为G,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、航天飞机在飞向月球的过程中,月球对飞机的万有引力与飞机速度间夹角小于90°,万有引力做正功,故A正确.
B、B处的物体运动以月球为中心,它的椭圆轨道速度大于圆周轨道速度.关闭动力的航天飞机在月球引力作用下向月球靠近,速度增加,从图形看航天飞机是在椭圆轨道飞行.要想与空间站在B处对接,因空间站轨道是圆周轨道,航天飞机必须减速才能达到空间站的圆周轨道速度.所以航天飞机在B处由椭圆轨道进入空间站圆周轨道必须点火减速,故B错误.
C、由空间站做圆周运动时,万有引力提供向心力,列出等式.
得:
月球质量M=,故C正确.
D、由于不知道空间站的质量,所以根据题中条件不能算出空间站受到月球引力的大小,故D错误.
故选AC.
2010年6月2日晚23时53分,我国成功发射第四颗北斗导航卫星,2010年8月1日5时30分,成功发射第五颗北斗导航卫星.假设它们绕地球的运动可视为圆周运动,它们的轨道半径分别为r1与r2,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力充当向心力:,得:
A、V=,所以线速度之比为
,故A正确
B、a=,向心加速度之比为
,故B错误
C、,周期之比为
,故C正确D错误
故选:AC
宇宙中两颗相距较近的天体称为“双星”,它们以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动,而不至因为万有引力的作用而吸引到一起.如图所示,某双星系统中A、B两颗天体绕O点做匀速圆周运动,它们的轨道半径之比rA:rB=1:2,则两颗天体的( )
正确答案
解析
解:双星都绕O点做匀速圆周运动,由两者之间的万有引力提供向心力,角速度相等,设为ω.根据牛顿第二定律,有:
对A星:G=mAω2rA ①
对B星:G=mBω2rB ②
故:mA:mB=rB:rA=2:1.
根据双星的条件有:角速度之比ωA:ωB=1:1
由v=ωr得:线速度大小之比vA:vB=rA:rB=1:2
向心力大小之比FA:FB=1:1,故AC正确,BD错误.
故选:AC
(2016•盐城一模)牛顿提出太阳和行星间的引力F=G后,为证明地球表面的重力和地球对月球的引力是同一种力,也遵循这个规律,他进行了“月-地检验”.已知月球的轨道半径约为地球半径的60倍,“月-地检验”是计算月球公转的( )
正确答案
解析
解:已知月球绕地球运行轨道半径是地球半径的60倍,月球轨道上一个物体的受到的引力与它在地面附近时受到的引力之比为.
牛顿时代已经较精确的测量了地球表面的重力加速度g、地月之间的距离和月球绕地球运行的公转周期,
根据圆周运动的公式得月球绕地球运行的加速度a=r,
如果=
,
说明拉住月球使它围绕地球运动的力与地球上物体受到的引力是同一种力;
故选:B
为估算某山顶高度,某同学爬到该座山顶,他用单摆测出其周期为T,然后他把此单摆拿到海平面处测得周期为T0,已知地球的半径为R,试估算山顶到海平面的高度.
正确答案
解:在海平面处,根据万有引力等于重力得:g=,
单摆周期公式:T0=2,
在高山上,根据万有引力等于重力得:,
单摆周期公式:T=2π,
联立解得:h=(-1)R.
答:山的高度为(-1)R
解析
解:在海平面处,根据万有引力等于重力得:g=,
单摆周期公式:T0=2,
在高山上,根据万有引力等于重力得:,
单摆周期公式:T=2π,
联立解得:h=(-1)R.
答:山的高度为(-1)R
地球质量大约是月球质量的81倍,在登月飞船通过月、地之间的某一位置时,月球和地球对它的引力大小相等,该位置到月球中心和地球中心的距离之比为( )
正确答案
解析
解:令地球质量为M,月球质量为M‘,由题意有,飞船离地心距离为r,离月心距离为r',由题意有飞船的所受地球和月球万有引力相等有:
可解得:
故选:B.
2009年12月,我国自主研制的第一颗为青少年服务的科学实验卫星“希望一号”在太原卫星发射中心升空.“希望一号”卫星主要飞行任务是搭载青少年提出的“天圆地方”科学实验方案、建立业余无线电空间通讯及进行太空摄影.由于是为我国青少年研制的第一颗科学实验卫星,有关方面专门邀请了来自全国的50位热爱航天事业的中小学生到现场观看卫星发射的全过程.
(1)如图是某监测系统每隔2.5s拍摄的关于起始匀加速阶段火箭的一组照片.已知火箭的长度为40m,用刻度尺测量照片上的长度,结果如图所示.求火箭在照片中第2个像所对应时刻的瞬时速度大小.
(2)假设“希望一号”卫星整体质量2350千克,图示时段长征三号甲运载火箭质量200吨.取g=10m/s2,求火箭的推力.
(3)已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,“希望一号”卫星在距地球表面高为h的轨道上绕地球做匀速圆周运动.求“希望一号”卫星环绕地球运行的周期.
正确答案
解:(1)根据火箭的长度为40m,按比例确定出火箭第1个像与第2个像间的位移大小x1=80m,火箭第2个像与第3个像间的位移大小x2=130m,
第2个像所对应时刻的瞬时速度大小等于第1个像与第3个像间的平均速度,则v=
(2)由△x=aT2,得a==8m/s2.
由F-mg-Mg=(M+m)a
解得F=(200000+2350)×(8+10)N=3.6×106N
(3)设希望一号卫星环绕地球运行的周期为T,由
解得:T=
答:(1)火箭在照片中第2个像所对应时刻的瞬时速度大小为42m/s.
(2)火箭的推力为3.6×106N
(3)“希望一号”卫星环绕地球运行的周期为
解析
解:(1)根据火箭的长度为40m,按比例确定出火箭第1个像与第2个像间的位移大小x1=80m,火箭第2个像与第3个像间的位移大小x2=130m,
第2个像所对应时刻的瞬时速度大小等于第1个像与第3个像间的平均速度,则v=
(2)由△x=aT2,得a==8m/s2.
由F-mg-Mg=(M+m)a
解得F=(200000+2350)×(8+10)N=3.6×106N
(3)设希望一号卫星环绕地球运行的周期为T,由
解得:T=
答:(1)火箭在照片中第2个像所对应时刻的瞬时速度大小为42m/s.
(2)火箭的推力为3.6×106N
(3)“希望一号”卫星环绕地球运行的周期为
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