- 万有引力与航天
- 共16469题
太阳对地球有相当大的引力,地球对太阳也有引力作用,为什么它们不靠在一起?其原因是( )
正确答案
解析
解:A、地球对太阳的万有引力和太阳对地球的万有引力是一对作用力和反作用力,不是平衡力.故A错误.
B、根据=m
知,太阳对地球的引力很大,不会靠在一起,是因为太阳对地球的引力提供向心力,使得地球绕太阳做圆周运动,而不会靠在一起.故B错误,D正确.
C、其他天体对地球的万有引力,远小于太阳的引力,故C错误.
故选:D.
2007年10月24日,我国在西昌向月球成功地发射了一颗绕月球探测卫星“嫦娥一号”.不久将,我们将会登上月球.若在月球表面A点的正上方某处B以初速度v0将小物块水平抛出,物块落在月球表面C点,用米尺测出A、B两点间的距离h和A、C两点间的距离s.设A、C两点在同一水平面上,月球可视为均匀球体且半径为R.试问:
(1)月球表面重力加速度g为多大?
(2)物块水平“抛出”的初速度至少为多大才不会落回月球表面?
正确答案
解:(1)在月球表面A点的正上方某处B以初速度v0将小物块水平抛出,
水平方向:s=v0t t=
竖直方向:h=
g==
(2)物块水平“抛出”的初速度至少达到第一宇宙速度才不会落回月球表面,根据万有引力提供向心力列出等式
=
运用黄金代换式GM=gR2代入上式
v==
答:(1)月球表面重力加速度g为.
(2)物块水平“抛出”的初速度至少为才不会落回月球表面.
解析
解:(1)在月球表面A点的正上方某处B以初速度v0将小物块水平抛出,
水平方向:s=v0t t=
竖直方向:h=
g==
(2)物块水平“抛出”的初速度至少达到第一宇宙速度才不会落回月球表面,根据万有引力提供向心力列出等式
=
运用黄金代换式GM=gR2代入上式
v==
答:(1)月球表面重力加速度g为.
(2)物块水平“抛出”的初速度至少为才不会落回月球表面.
为了探测X星球,载着登陆舱的探测飞船在以该星球中心为圆心,半径为r1的圆轨道上运动,周期为T1.随后登陆舱脱离飞船,变轨到离星球更近的半径为r2 的圆轨道上运动.可以得到:X星球的质量M为______,登陆舱在半径为r2轨道上做圆周运动的周期T2为______.(已知引力常量为G)
正确答案
T1
解析
解:研究飞船绕星球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式:
G=m1r1
解得:M=
登陆舱在半径为r的圆轨道上运动,有:
G=m
R
得出:T=2π,表达式里M为中心体星球的质量,R为运动的轨道半径.
所以登陆舱在r1与r2轨道上运动时的周期大小之比为:=
,所以T2=T1
故答案为:,T1
.
一个半径是地球半径的3倍、质量是地球质量36倍的行星,它表面的重力加速度是地面重力加速度的______倍.
正确答案
4
解析
解:根据得,重力加速度g=
.
因为行星的半径是地球半径的3倍,质量是地球质量的36倍,则行星表面的重力加速度是地面重力加速度的4倍.
故答案为:4.
理论上已经证明:质量分布均匀的球壳对壳内物体的万有引力为零.现假设地球是一半径为R、质量分布均匀的实心球体,O为球心,以O为原点建立坐标轴Ox,如图所示.一个质量一定的小物体(假设它能够在地球内部移动)在x轴上各位置受到的引力大小用F表示,则选项图所示的四个F随x的变化关系图正确的是( )
正确答案
解析
解:令地球的密度为ρ,则在地球表面,重力和地球的万有引力大小相等,有:g=
由于地球的质量为M=,
所以重力加速度的表达式可写成:g=.
根据题意有,质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零,受到地球的万有引力即为半径等于r的球体在其表面产生的万有引力,g′=
当r<R时,g与r成正比,当r>R后,g与r平方成反比.即质量一定的小物体受到的引力大小F在地球内部与r成正比,在外部与r的平方成反比.
故选:A.
(2016春•安徽月考)宇宙中有两颗相距无限远的恒星S1、S2,半径均为R0.如图分别是两颗恒星周围行星的公转半径r3与公转周期T2的图象,其中r3为横轴,T2为纵轴.则( )
正确答案
解析
解:A、由题图可知,当绕恒星运动的行星的环绕半径相等时,S1运动的周期比较大,根据公式:
所以:M=,周期越大则质量越小.所以恒星S1的质量小于恒星S2的质量.故A错误;
B、两颗恒星的半径相等,则根据M=ρV,半径R0相等则它们的体积相等,所以质量大S2的密度大.故B正确.
C、根据万有引力提供向心力,则:
所以:v=,由于恒星S1的质量小于恒星S2的质量,所以恒星S1的第一宇宙速度小于恒星S2的第一宇宙速度.故C错误.
D、距两恒星表面高度相同的行星,它们的向心加速度a:ma=,由于恒星S1的质量小于恒星S2的质量,所以S1的行星向心加速度较小.故D错误.
故选:B
天文学家发现了某恒星有一颗行星在圆形轨道上绕其运动,并测出了行星的轨道半径和运行周期,由此可推算出( )
正确答案
解析
解:行星绕恒星做圆周运动,根据万有引力提供向心力,知道轨道半径和周期,可以求出恒星的质量,行星是环绕天体,在分析时质量约去,不可能求出行星的质量.故D正确,A、B、C错误.
故选:D.
如图所示,宇航员站在某质量分布均匀的星球表面一斜坡上P点沿水平方向以初速度v0抛出一个小球,测得小球经时间t落到斜坡上另一点Q,斜面的倾角为θ,已知该星球半径为R,引力常量为G,求:
(1)该星球的密度ρ;
(2)人造卫星绕该星球做匀速圆周运动的最大速度v和最小周期T.
正确答案
解:(1)物体落在斜面上有:tanθ==
所以g=.
根据万有引力等于重力=mg,解得星球的质量M=
.
而V=πR3.
则密度ρ==
.
(2)根据万有引力提供向心力得,G=m
则v==
根据=m
得:T=
答:(1)该星球的密度;
(2)人造卫星绕该星球做匀速圆周运动的最大速度,最小周期
.
解析
解:(1)物体落在斜面上有:tanθ==
所以g=.
根据万有引力等于重力=mg,解得星球的质量M=
.
而V=πR3.
则密度ρ==
.
(2)根据万有引力提供向心力得,G=m
则v==
根据=m
得:T=
答:(1)该星球的密度;
(2)人造卫星绕该星球做匀速圆周运动的最大速度,最小周期
.
如图为哈勃望远镜拍摄的银河系中被科学家称为“罗盘座T星”系统的照片,该系统是由一颗白矮星和它的类日伴星组成的双星系统,图片下面的亮点为白矮星,上面的部分为类日伴星(中央的最亮的为类似太阳的天体).由于白矮星不停地吸收由类日伴星抛出的物质致使其质量不断增加,科学家预计这颗白矮星在不到1000万年的时间内会完全“爆炸”,从而变成一颗超新星.现假设类日伴星所释放的物质被白矮星全部吸收,并且两星间的距离在一段时间内不变,两星球的总质量不变,不考虑其它星球对该“罗盘座T星”系统的作用,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、两星间距离在一段时间内不变,由万有引力定律可知,两星的质量总和不变而两星质量的乘积必定变化,则万有引力必定变化.故A错误;
B、组成的双星系统的周期T相同,设白矮星与类日伴星的质量分别为M1和M2,圆周运动的半径分别为R1和R2,由万有引力定律提供向心力:
G=M1
R1=M2
R2
可得:
GM1=
GM2=
两式相加:
G(M1+M2)T2=4π2L3,
白矮星与类日伴星的总质量不变,则周期T不变.故B正确;
C、由G=M1
R1=M2
R2得:M1R1=M2R2.
知双星运行半径与质量成反比,类日伴星的质量逐渐减小,故其轨道半径增大,白矮星的质量增大,轨道变小;故C错误;
D、白矮星的周期不变,轨道半径减小,故v=,线速度减小,故D错误;
故选:B.
已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,一宇宙飞船正在离地面高2R处的轨道上绕地球做匀速圆周运动,则该宇宙飞船的向心加速度为______,在飞船内用弹簧秤悬挂一个质量为m的物体,则弹簧秤的读数为______.
正确答案
0
解析
解:根据得,GM=gR2.
根据,解得a=
.
飞船绕地球做匀速圆周运动,里面的物体处于完全失重状态,所以弹簧秤的读数为0.
故答案为:,0
质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行,其运动视为匀速圆周运动.已知月球质量为M,月球半径为R,月球表面重力加速度为g,引力常量为G,不考虑月球自转的影响,则航天器的( )
正确答案
解析
解:根据万有引力提供卫星做圆周运动的向心力和万有引力等于重力得出:
A、G=m
得v=
,故A正确;
B、mg=mω2R得ω=,故B错误;
C、T=得T=2π
,故C错误;
D、a==G
,故D正确.
故选:AD.
某颗人造地球卫星在距地面高度为h的圆形轨道上绕地球飞行,其运动可视为匀速圆周运动.已知地球半径为R,地面附近的重力加速度为g.求卫星在圆形轨道上运行速度的表达式和运行周期的表达式.
正确答案
解:设地球质量为M,卫星质量为m,圆轨道半径为r,
根据万有引力定律和牛顿第二定律
在地面附近G
由已知条件知r=R+h
联立①②③得v=R
由周期公式T=
得T=.
答:卫星在圆形轨道上运行速度的表达式v=R.运行周期的表达式T=
.
解析
解:设地球质量为M,卫星质量为m,圆轨道半径为r,
根据万有引力定律和牛顿第二定律
在地面附近G
由已知条件知r=R+h
联立①②③得v=R
由周期公式T=
得T=.
答:卫星在圆形轨道上运行速度的表达式v=R.运行周期的表达式T=
.
地球绕太阳公转的轨道半径为r=1.5×1011m,公转的周期T=3.2×107s.已知地球的质量m=6.0×1024kg,引力常量G=6.67×10-11N•m2/kg2,求:(计算结果保留一位有效数字)
(1)太阳的质量M;
(2)太阳和地球间的万有引力F.
正确答案
解:(1)据万有引力提供圆周运动向心力有:
可得中心天体太阳的质量为:M==
=2×1030kg
(2)太阳与地球间的万有引力为:F=×
=4×1022N.
答:(1)太阳的质量M为2×1030kg;
(2)太阳和地球间的万有引力F为4×1022N.
解析
解:(1)据万有引力提供圆周运动向心力有:
可得中心天体太阳的质量为:M==
=2×1030kg
(2)太阳与地球间的万有引力为:F=×
=4×1022N.
答:(1)太阳的质量M为2×1030kg;
(2)太阳和地球间的万有引力F为4×1022N.
(2015秋•广州月考)如图,某空间站在轨道半径为R的近地圆轨道 I上围绕地球运行,一宇宙飞船与空间站对接后,在轨道 I上围绕地球运行多圈后又与空间站分离,进入椭圆轨道 II运行.已知椭圆轨道的远地点到地球球心的距离为3.5R,地球质量为M,万有引力常量为G,则( )
正确答案
解析
解:A、空间站在圆轨道I上运行时,万有引力等于向心力,故:
解得:
故A正确;
B、空间站与飞船对接后在圆轨道I上运行的周期不变,为,故B错误;
C、根据开普勒第二定律,有:v1R=v2•3.5R
故,故C错误;
D、飞船与空间站分离后在远离地球过程中,只有引力做功,故其机械能保持不变,故D错误;
故选:A
一物体静置于某球形天体表面的赤道上,由于该天体自转使物体对天体表面压力恰好为零.已知万有引力常量为G,该天体质量为M,半径为R,则该天体自转周期为( )
正确答案
解析
解:赤道表面上的物体对天体表面的压力为零,说明天体对物体的万有引力恰好等于物体随天体转动所需要的向心力,F向=F引
即得 mR=G
可得T=
则A正确
故选:A
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