- 万有引力与航天
- 共16469题
一物体从一行星表面某高度处自由下落(不计空气阻力),自开始下落计时,得到物体离行星表面高度h随时间t变化的图象如图所示,则( )
正确答案
解析
解:设物体下落的加速度为a,物体做初速度为零的匀加速直线运动,从图中可以看出下落高度h=25m,所用的时间t=2.5s,
由位移时间关系式:h=
解得:a=8m/s2,故A正确.
物体做初速度为零的匀加速直线运动,
由速度时间关系式得:v=at=20m/s,故C正确.
故选:AC
如图是“嫦娥一号奔月”示意图,卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨,进入地月转移轨道,最终被月球引力捕获,成为绕月卫星,并开展对月球的探测.下列说法不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、第三宇宙速度,又叫逃逸速度,大于第三宇宙速度,将脱离太阳引力,要使“嫦娥一号”离开地球,其速度要大于第一宇宙速度,小于第三宇宙速度,故A错误;
B、根据万有引力等于向心力,G=m
可以求出卫星的绕月速度v=
与卫星质量m无关,故B错误;
C、根据万有引力定律,卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比,故C正确;
D、在绕月圆轨道上,卫星受地球的引力远小于受月球的引力,可以忽略不计,故D正确.
本题选择不正确的,故选;AB.
我国未来将建立月球基地,并在绕月轨道上建造空间站.如图所示,关闭发动机的航天飞机在月球引力作用下沿椭圆轨道向月球靠近,并将在椭圆的近月点B处与空间站对接.已知空间站绕月运行的圆轨道半径为r,周期为T,万有引力常量为G,月球的半径为R.那么以下选项正确的是( )
(1)航天飞机到达B处由椭圆轨道进入空间站轨道时必须减速
(2)图中的航天飞机正在加速地飞向B处
(3)月球的质量为M=
(4)月球的第一宇宙速度为v=.
正确答案
解析
解:(1)、到达B处速度比较大,所需的向心力比较大,万有引力不够提供向心力,航天飞机做离心运动,要想进入圆轨道需减速,使得万有引力等于所需的向心力.故(1)正确.
(2)、航天飞机关闭动力后,在月球的引力下向月球靠近,万有引力做正功,动能增加.故(2)正确
(3)、根据万有引力提供向心力=m
r,
解得 M=,故(3)正确.
(4)、第一宇宙速度是靠近星球表面做匀速圆周运动的速度.
v=,R应该是月球的半径,T应该是靠近星球表面做匀速圆周运动周期,故(4)错误.
故选C.
一个人造天体飞临某个行星,并进入行量表面的圆轨道飞行,设该行星为一个球体,已经测出该天体环绕行星一周所用的时间为T,那么这颗行星的密度是______.(已知万有引力常量为G)
正确答案
解析
解:研究飞船绕行星表面做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力得:
解得.
根据密度公式得出:
ρ==
=
故答案为:.
地球绕太阳公转轨道半径为r,公转周期为T,则太阳的质量M=______.
正确答案
解析
解:地球绕太阳公转,由太阳的万有引力提供地球的向心力,则得:,
解得太阳的质量为:
,
故答案为:.
印度首个火星探测器“曼加里安”号于2014年9月24日成功进入火星轨道.已知地球的质量约为火星质量的10倍,地球的半径约为火星半径的2倍,则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为( )
正确答案
解析
解:航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动时,由火星的万有引力提供向心力,则有:
G=m航
①
对于近地卫星,由地球的万有引力提供向心力,则得:
G =m近
②
由①②得:=
=
=
又近地卫星的速度约为 v近=7.9km/s
可得:航天器的速率为 v航==
km/s≈3.5km/s
故选:C.
今年是哈勃望远镜绕地25周年,它捕捉到的照片正从根本上改变着我们对太空的认识.1990年4月25日,科学家将哈勃天文望远镜送上距地球表面约600km的高空(真实高度约560km),使得人类对宇宙中星体的观测与研究有了极大的进展.假设哈勃望远镜沿圆轨道绕地球运行.已知地球半径为6.4×106 m,利用地球同步卫星与地球表面的距离为3.6×107 m这一事实可得到哈勃望远镜绕地球运行的周期,以下数据中最接近其运行周期的是( )
正确答案
解析
解:哈勃天文望远镜绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,设卫星的质量为m、轨道半径为r、地球质量为M,有
F=F向
因而
G=m(
)2r
解得
T=2π;
故:T哈:T同=2π:2π
T哈= T同≈1.6h;
故选:B.
宇航员在月球表面完成下面实验:如图所示,在一固定的竖直光滑圆弧轨道内部最低点静止一质量为m的小球(可视为质点),当给小球一水平初速度v时,刚好能使小球在竖直面内做完整的圆周运动.已知圆弧轨道半径为r,月球半径为R,引力常量为G.若在月球表面上发射一颗环月卫星,则所需的最小发射速度为多大?
正确答案
解:
对小球,在最高点:
从最低点由机械能守恒定律得:
在月球表面
三式联立解得:
答:
最小发射速度为
解析
解:
对小球,在最高点:
从最低点由机械能守恒定律得:
在月球表面
三式联立解得:
答:
最小发射速度为
已知地球质量大约是月球质量的81倍,地球半径大约是月球半径的4倍.不考虑地球、月球自转的影响,由以上数据可推算出( )
正确答案
解析
解:A、ρ==
已知地球质量大约是月球质量的81倍,地球半径大约是月球半径的4倍,
所以地球的平均密度与月球的平均密度之比约为81:64.故A错误.
B、根据万有引力等于重力表示出重力加速度得得:
=mg,得:g=
,其中R为星球半径,M为星球质量.
所以地球表面重力加速度与月球表面重力加速度之比约为81:16.故B错误.
C、研究航天器做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式
=m
,得:T=2π
,其中R为星球半径,M为星球质量.
所以靠近地球表面沿圆轨道运行的航天器的周期与靠近月球表面沿圆轨道运行的航天器的周期之比约为8:9,故C正确.
D、研究航天器做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式
=m
,得:v=
,其中R为星球半径,M为星球质量,
所以靠近地球表面沿圆轨道运行的航天器线速度与靠近月球表面沿圆轨道运行的航天器线速度之比约为9:2,故D错误.
故选C.
若已知太阳的一个行星绕太阳运转的轨道半径为r,周期为T,引力常量为G,则可求( )
正确答案
解析
解:A、研究行星绕太阳做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式:
=m
r,知道行星的运动轨道半径r和周期T,再利用万有引力常量G,通过前面的表达式只能算出太阳M的质量,也就是中心体的质量,无法求出行星的质量,也就是环绕体的质量.故A错误;
B、通过以上分析知道可以求出太阳M的质量,故B正确;
C、本题不知道行星的质量和体积,也就无法知道该行星的平均密度,故C错误.
D、本题不知道太阳的体积,也就不知道太阳的平均密度,故D错误.
故选B.
据《新华网》消息,科学家们在距地球600光年的一个恒星系统中新发现了一颗太阳系外的类似地球的“宜居行星”-“开普勒-22b”,其半径约为地球半径的2.4倍,绕该恒星做匀速圆周运动的周期约为290个地球日(一个地球日就是地球上的一天).已知地球的质量、半径、地球绕太阳运动的周期和万有引力常量.假设该行星表面的重力加速度与地球表面的重力加速度相等.根据以上信息,可以估算出( )
正确答案
解析
解:A、B、根据万有引力提供向心力知,恒星的质量
.由于该行星绕恒星运动的轨道半径不知道,所以不能求出恒星的质量,也不能求出恒星与太阳的质量关系,同理也不能确定该行星绕恒星运动的半径.故A错误,B错误,D错误.
C、若该行星表面的重力加速度与地球表面的重力加速度相等,根据:,则:
.可以求出该行星的质量.
又:V=,m=ρV,所以:
,可知该公式结合地球的质量与半径,即可求出该行星的密度.故C正确.
故选:C.
一个人在某一星球上以速度V竖直上抛一个物体,经时间t落回抛出点.已知该星球的半径为R,若要在该星球上发射一颗靠近该星球运转的人造卫星,则该人造卫星的速度大小为多少?
正确答案
解:以速度V竖直上抛一个物体,经时间t落回抛出点,根据对称性,物体从最高点下落到地面用时为t1=
下落阶段自由落体:由v=gt得:g=
人造卫星靠近该星球运转时,由万有引力等于向心力得:=m
得 v=
由黄金代换:将GM=gR2代入得:
答:人造卫星的速度大小为
解析
解:以速度V竖直上抛一个物体,经时间t落回抛出点,根据对称性,物体从最高点下落到地面用时为t1=
下落阶段自由落体:由v=gt得:g=
人造卫星靠近该星球运转时,由万有引力等于向心力得:=m
得 v=
由黄金代换:将GM=gR2代入得:
答:人造卫星的速度大小为
中子星是恒星演化过程的一种可能结果,它的密度很大.现有一中子星,它的自转周期为T=.同该中子星的最小密度应是多少才难维持该星体的稳致因自转而瓦解.计算时星体可视为均匀球体.(引力常数G=6.67×10-11m3/)
正确答案
解:设位于赤道处的小块物质质量为m,物体受到的中子星的万有引力恰好提供向心力,这时中子星不瓦解且有最小密度,由万有引力定律结合牛顿第二定律得:
又因ρ=
由以上两式得:
ρ==
=
=1.27×1014kg/m3.
答:该中子星的最小密度应是1.27×1014kg/m3才能维持该星体的稳定,不致因自转而瓦解.
解析
解:设位于赤道处的小块物质质量为m,物体受到的中子星的万有引力恰好提供向心力,这时中子星不瓦解且有最小密度,由万有引力定律结合牛顿第二定律得:
又因ρ=
由以上两式得:
ρ==
=
=1.27×1014kg/m3.
答:该中子星的最小密度应是1.27×1014kg/m3才能维持该星体的稳定,不致因自转而瓦解.
某实心均匀球的半径为R、质量为M,在球外离球面h高处有一质量为m的质点.则它们之间的万有引力为( )
正确答案
解析
解:
由万有引力公式得:,故B正确
故选B
设在地球上和某天体上以相同的初速度竖直上抛一物体的最大高度之比为k(均不计空气阻力),且已知地球和该天体的半径之比也为k,则地球质量与该天体的质量之比为( )
正确答案
解析
解:在地球上:h=
某天体上;h′=
因为
所以=K ①
根据,
可知:=
②
又因为③
由①②③得:
故选B.
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