- 万有引力与航天
- 共16469题
设某均匀星球的表面加速度g=5m/s2,半径R=5000km,如果引力常量G=6.67×10-11N•m2/kg2.试求:
(1)该星球的质量为多少?
(2)如果在该星球表面高h=1.6m处以初速度v0=2m/s水平抛出一个小物体,则求小物体水平位移x.
(3)该星球有一颗距星球表面高度为R的卫星,则该卫星的运行周期是多少?(保留二位有效数字).
正确答案
解:(1)物体在星球的表面,万有引力等于重力,则得:
G=mg…①
可得星球的质量为:M==
kg≈1.9×1024kg…②
(2)物体在该星球表面做平抛运动,则有:
h=…②
x=v0t…③
联立得:x=v0=2×
m=1.6m…④
(3)根据万有引力提供向心力,得:
G=m
•2R…⑤
由①⑤得:T=4π=4×3.14×
s≈1.8×104s
答:(1)该星球的质量为1.9×1024kg.
(2)如果在该星球表面高h=1.6m处以初速度v0=2m/s水平抛出一个小物体,则小物体水平位移x为1.6m.
(3)该星球有一颗距星球表面高度为R的卫星,则该卫星的运行周期是1.8×104s.
解析
解:(1)物体在星球的表面,万有引力等于重力,则得:
G=mg…①
可得星球的质量为:M==
kg≈1.9×1024kg…②
(2)物体在该星球表面做平抛运动,则有:
h=…②
x=v0t…③
联立得:x=v0=2×
m=1.6m…④
(3)根据万有引力提供向心力,得:
G=m
•2R…⑤
由①⑤得:T=4π=4×3.14×
s≈1.8×104s
答:(1)该星球的质量为1.9×1024kg.
(2)如果在该星球表面高h=1.6m处以初速度v0=2m/s水平抛出一个小物体,则小物体水平位移x为1.6m.
(3)该星球有一颗距星球表面高度为R的卫星,则该卫星的运行周期是1.8×104s.
已知万有引力常量G,地球的半径R,地球表面重力加速度g和地球自转周期T.不考虑地球自转对重力的影响,利用以上条件不可能求出的物理量是( )
正确答案
解析
解:A、地球表面的物体受到的重力等于万有引力,∴,∴地球的质量M=
又地球的体积,密度公式
,联立得地球的密度:
,所以选项A可以求出.
B:地球的同步卫星的万有引力提供向心力:,代入地球的质量得卫星的高度:
,因此B选项可求出,不能选.
C:地球的近地卫星所受的万有引力提供向心力,∴,代入地球的质量得第一宇宙速度:
,故C选项可求出,不能选.
D:当达到第三宇宙速度时,卫星脱离太阳系,无法求出第三宇宙速度.因此,选项D不能求出,D选项为正确选项.
故选:D.
已知月球半径为R,飞船在距月球表面高度为R的圆轨道上飞行,周期为T.万有引力常量为G,月球体积为V=πR3,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、已知月球半径为R,飞船在距月球表面高度为R的圆轨道上飞行,周期为T,
根据圆周运动公式得飞船的线速度大小为v=,故A正确;
B、根据万有引力等于向心力得:=m
r,r=2R
在月球表面,根据万有引力等于重力=mg,
解得月球表面重力加速度为g=R,月球质量M=
,故B正确,D错误;
C、月球密度ρ==
,故C错误;
故选:AB.
我国于2013年12月发射了“嫦娥三号”卫星,该卫星在距月球表面高度为h的轨道上做匀速圆周运动,其运行的周期为T;卫星还在月球上软着陆.若以R表示月球的半径,忽略月球自转及地球对卫星的影响.则( )
正确答案
解析
解:A、由万有引力定律,
又据公式:
r=R,解得第一宇宙速度为: 则A正确;
B、C、娥三号”绕月运行时的向心加速度为
项C错误;由
,选项B 正确;
D、月球表面是真空,“嫦娥三号”降落月球时,无法使用降落伞减速,选项D 正确.
故选:ABD
地球和月球的质量之比为81:1,半径之比4:1,求:
(1)地球和月球表面的重力加速度之比;
(2)在地球上和月球上发射卫星所需最小速度之比.
正确答案
解:(1)在星球表面重力与万有引力相等故有:
可得星球表面的重力加速度
所以有=
=
(2)发射卫星的最小速度即为近星卫星的线速度,根据万有引力提供圆周运动向心力有:
可得v=
所以=
答:(1)地球和月球表面的重力加速度之比为;
(2)在地球上和月球上发射卫星所需最小速度之比为.
解析
解:(1)在星球表面重力与万有引力相等故有:
可得星球表面的重力加速度
所以有=
=
(2)发射卫星的最小速度即为近星卫星的线速度,根据万有引力提供圆周运动向心力有:
可得v=
所以=
答:(1)地球和月球表面的重力加速度之比为;
(2)在地球上和月球上发射卫星所需最小速度之比为.
“嫦娥一号”探月卫星沿地月转移轨道直奔月球,在距月球表面200km的P点进行第一次变轨后被月球捕获,先进入椭圆轨道Ⅰ绕月飞行,如图所示.之后,卫星在P点又经过两次变轨,最后在距月球表面200km的圆形轨道Ⅲ上绕月球做匀速圆周运动.对此,下列说法不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力,轨道半径越大,线速度越小.月球第一宇宙速度的轨道半径为月球的半径,所以第一宇宙速度是绕月球作圆周运动最大的环绕速度.故A正确.
B、根据开普勒第三定律 ,半长轴越长,周期越大,所以卫星在轨道Ⅰ运动的周期最长.故B正确.
C、卫星在轨道Ⅲ上在P点和在轨道Ⅰ在P点的万有引力大小相等,根据牛顿第二定律,加速度相等.故C错误.
D、从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ和从轨道Ⅱ进入轨道Ⅲ,都要减速做近心运动,故其机械能要减小,故卫星在轨道Ⅲ上运行的机械能最小,故D正确.
本题选错误的,故选:C
1981年12月3日发现的国际编号为“3463”的小行星命名为“高锟星”.已知“高锟星”半径为R,其表面的重力加速度为g,万有引力常量为G,在不考虑自转的情况,求解以下问题:(以下结果均用字母表达即可)
(1)卫星环绕“高锟星”运行的第一宇宙速度;
(2)假设“高锟星”为一均匀球体,试求“高锟星”的平均密度;(球体积V=πR3)
(3)假设某卫星绕“高锟星”做匀速圆周运动且运行周期为T,求该卫星距地面的高度.
正确答案
解:(1)第一宇宙速度时近地卫星的运行速度,满足万有引力提供圆周运动向心力,而在星球表面重力与万有引力相等有:
G=mg=m
可得卫星环绕“高锟星”运行的第一宇宙速度为:
v1=;
(2)根据星球表面重力与万有引力相等有:
G=mg
可得高锟星的质量为:M=
根据密度公式有,该星的平均速度为:
=
=
;
(3)设高锟星质量为M,卫星质量为m,轨道半径r,根据题意有:
G=m
r
由(2)得:M=
所以可得卫星的轨道半径为:
r=
所以卫星距地面高度为:
h=r-R=-R
答:(1)卫星环绕“高锟星”运行的第一宇宙速度为;
(2)“高锟星”的平均密度为;
(3)该卫星距地面的高度为-R.
解析
解:(1)第一宇宙速度时近地卫星的运行速度,满足万有引力提供圆周运动向心力,而在星球表面重力与万有引力相等有:
G=mg=m
可得卫星环绕“高锟星”运行的第一宇宙速度为:
v1=;
(2)根据星球表面重力与万有引力相等有:
G=mg
可得高锟星的质量为:M=
根据密度公式有,该星的平均速度为:
=
=
;
(3)设高锟星质量为M,卫星质量为m,轨道半径r,根据题意有:
G=m
r
由(2)得:M=
所以可得卫星的轨道半径为:
r=
所以卫星距地面高度为:
h=r-R=-R
答:(1)卫星环绕“高锟星”运行的第一宇宙速度为;
(2)“高锟星”的平均密度为;
(3)该卫星距地面的高度为-R.
“嫦娥一号”的成功发射,为实现中华民族几千年的奔月梦想迈出了重要的一步,已知“嫦娥一号”绕月飞行轨道近似为圆周,距月球表面高度为H,飞行周期为T,月球的半径为R,试求:
(1)月球的质量M;
(2)月球表面的重力加速度g.
正确答案
解:(1)由题意,嫦娥一号由万有引力提供向心力,设嫦娥一号的质量为m,月球的质量为M,因为轨道高度为H,则轨道半径r=R+H,根据万有引力提供向心力得:
得
月球的质量M=
代入半径r=R+H
则M=
(2)月球表面的重力和万有引力相等,即有:
所以:=
答:(1)月球的质量M=
(2)月球表面的重力加速度g=.
解析
解:(1)由题意,嫦娥一号由万有引力提供向心力,设嫦娥一号的质量为m,月球的质量为M,因为轨道高度为H,则轨道半径r=R+H,根据万有引力提供向心力得:
得
月球的质量M=
代入半径r=R+H
则M=
(2)月球表面的重力和万有引力相等,即有:
所以:=
答:(1)月球的质量M=
(2)月球表面的重力加速度g=.
某星球表面的重力加速度为g′,某人站在该星球表面高h处以初速度V0水平抛出一物体,则该物体落地点与抛出点的水平距离为( )
正确答案
解析
解:根据h=得,t=
,则物体落地点与抛出点的水平距离x=
.故B正确,A、C、D错误.
故选:B.
下列情况中,两物体间万有引力变为原来的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力表达式F=可知:
A、两物体的质量各减少一半,距离保持不变,万有引力减小为原来的故A正确;
B、两物体间的距离变为原来的2倍,其中一个物体质量减为原来,可知万有引力变为原来的
,故B错误;
C、两物体质量及它们之间的距离都减为原来的,可知万有引力保持不变,故C错误;
D、其中一个物体质量减为原来的,距离不变,可知万有引力变为原来的
,故D错误.
故选:A.
(2016•北京校级模拟)据报道在太阳系之外发现了一颗可能适合人类居住的类地行星Gliese581C,天文学观察发现绕Gliese581C行星做圆周运动的卫星的轨道半径为月球绕地球做圆周运动半径的p倍,周期为月球绕地球做圆周运动周期的q倍.已知地球半径为R,表面重力加速度为g.万有引力常量为G,则Gliese581C行星的质量为( )
正确答案
解析
解:设月球绕地球做圆周运动半径为r,周期为T.
对于绕Gliese581C行星做圆周运动的卫星,有G=m
pr
对于绕地球做圆周运动的月球,有G=m月
r
在地球表面上,有G=m′g
联立解得,Gliese581C行星的质量MG=
故选A
科学家设想在太空设立太阳能卫星电站,先用硅太阳能电池将太阳能转化为电能,再利用微波-电能转换装置,将电能转换成微波向地面发送.卫星电站的最佳位置是在赤道上空1100km的圆轨道上,那么此卫星电站比近地圆轨道上的卫星( )
正确答案
解析
解:卫星电站做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,设卫星电站的质量为m、轨道半径为r、地球的质量为M,有:
F=F向
F=G
F向=m=mω2r=m(
)2r
因而
G=m
=mω2r=m(
)2r=ma
解得:
v=
T==2π
ω=
a=
卫星电站的最佳位置是在赤道上空1100km的圆轨道上,半径比近地圆轨道上卫星的半径大,
结合以上公式知线速度变小、周期变大、角速度变小、向心加速度变小;
故选:C.
在月球上以初速度v0竖直上抛一小球,经时间T小球落回月球表面,已知月球半径为R,则月球的第一宇宙速度是______.
正确答案
解析
解:由匀变速直线运动规律:
由月球表面,万有引力等于重力提供向心力:
解得:
=
故答案为:
地面的重力加速度为g,地球绕太阳公转的周期为T,地球的半径为R.太阳发出的光经过时间t到达地球,光在真空中的传播速度为c,根据以上条件推算太阳的质量M与地球的质量m之比.(地球到太阳的间距远大于它们的大小).
正确答案
解:根据题意可知,地球和太阳之间的距离为r=ct
地球绕太阳做匀速圆周运动,根据万有引力周期公式得:
解得:M==
地球表面重力等于万有引力,则有:
g=
解得:m=
所以
答:太阳的质量M与地球的质量m之比为
解析
解:根据题意可知,地球和太阳之间的距离为r=ct
地球绕太阳做匀速圆周运动,根据万有引力周期公式得:
解得:M==
地球表面重力等于万有引力,则有:
g=
解得:m=
所以
答:太阳的质量M与地球的质量m之比为
“勇气”号火星车于2004年成功登陆在火星表面,若“勇气”号离火星地面12m时与降落伞自动脱离,被众气囊包裹的“勇气”号下落到地面后又弹跳到15m高处,这样上下碰撞了若干次后,才静止在火星表面上.已知火星的半径为地球半径的0.5倍,质量为地球的1/9(地球表面时g=10m/s2),不计空气的阻力,求:
(1)火星表面的重力加速度是多少?
(2)若“勇气”号第一次碰火星地面时,其机械能损失为其12m高处机械能的10%,求“勇气”号在12m高处的速度?
正确答案
解:(1)在星球表面处,由万有引力定律有:G=mg
则得星球表面的重力加速度g=,M是星球的质量,R是星球的半径.
可得=
=
得g火==
m/s2
(2)设探测器在12m高处向下的速度为v,则根据能量守恒有
+mg火h1-mg火h2=0.1×(
+mg火h1)
代入数据,解得v=6.5m/s
答:
(1)火星表面的重力加速度是m/s2.
(2)“勇气”号在12m高处的速度是6.5m/s.
解析
解:(1)在星球表面处,由万有引力定律有:G=mg
则得星球表面的重力加速度g=,M是星球的质量,R是星球的半径.
可得=
=
得g火==
m/s2
(2)设探测器在12m高处向下的速度为v,则根据能量守恒有
+mg火h1-mg火h2=0.1×(
+mg火h1)
代入数据,解得v=6.5m/s
答:
(1)火星表面的重力加速度是m/s2.
(2)“勇气”号在12m高处的速度是6.5m/s.
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