- 万有引力与航天
- 共16469题
某同学在物理学习中记录了一些与地球、月球有关的数据资料如下:
地球半径R=6400km,地球表面重力加速度g0=9.80m/s2;月球表面重力加速度g′=1,56m/s2,月球半径r=1740km,月球绕地球转动的线速度v=1km/s,月球绕地球转动一周时间为T=27.3天;光速c=2.998×105km/s.1969年8月1日第一次用激光器向位于天顶的月球表面发射出激光光束,经过约t=2.565s接收到从月球表面反射回来的激光信号.利用上述数据可算出地球表面与月球表面之间的距离s,则下列方法正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、从地球发射激光到接受到所用时间为t,则单趟时间为,所以 S=C
,故A正确.
B、忽略地球自转的影响,则=mg0 ①
月球绕地球转动,万有引力提供向心力,=M月
,②
①②联立得 m月g0=,故B错误.
C、月球绕地球做圆周运动的半径为两球心距离,线速度与周期的关系T=,则得:v=
,故C正确.
D、在月球表面 G=mg′③
月球绕地球转动,万有引力提供向心力,=M月
④
③④联立得g′=,故D错误.
故选:AC.
如图所示,r是两个质量分布均匀球间的距离,r1、r2分别是两球的半径,质量分别是m1、m2,则两球间的万有引力大小为( )
正确答案
解析
解:两个球的半径分别为r1和r2,两球之间的距离为r,所以两球心间的距离为 r1+r2+r,
根据万有引力定律得:
两球间的万有引力大小为 F=G.
故选:D.
已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,引力常量为G,不考虑地球自转的影响.
(1)推导出第一宇宙速度v1的表达式;
(2)我国自行研制的“神舟七号”载人飞船于2008年9月25日从中国酒泉卫星发射中心载人航天发射场用长征二号F火箭发射升空.假设“神舟七号”飞船进入预定轨道后绕地球做匀速圆周运动,运行的周期是T,结合题干中所给的已知量,求飞船绕地球飞行时离地面的高度h.
正确答案
解:(1)设卫星的质量为m,地球的质量为M
在地球表面附近满足
卫星做圆周运动的向心力由它受到的万有引力提供
解得:第一宇宙速度v1=
(2)设飞船的质量为m′则
解得:r=
又因为
所以r=
所以飞船绕地球飞行时离地面的高度h=-R
答:(1)第一宇宙速度v1的表达式为v1=;
(2)飞船绕地球飞行时离地面的高度h为-R.
解析
解:(1)设卫星的质量为m,地球的质量为M
在地球表面附近满足
卫星做圆周运动的向心力由它受到的万有引力提供
解得:第一宇宙速度v1=
(2)设飞船的质量为m′则
解得:r=
又因为
所以r=
所以飞船绕地球飞行时离地面的高度h=-R
答:(1)第一宇宙速度v1的表达式为v1=;
(2)飞船绕地球飞行时离地面的高度h为-R.
2013年12月2日,“长征三号乙”运载火箭将“嫦娥三号”月球探测器成功送入太空,12月6日“嫦娥三号”由地月转移轨道进入100公里环月轨道,12月10日成功变轨到近月点为15公里的椭圆轨道,12月14日从15公里高度降至月球表面成功实现登月.则关于“嫦娥三号”登月过程的说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、“嫦娥三号”由地月转移轨道进入100公里的环月轨道,需减速,使得万有引力等于向心力.故A正确.
B、“嫦娥三号”在近月点为15公里的椭圆轨道上的远月点速度小于100公里圆轨道的速度,因为在100公里的圆轨道需减速,使得万有引力大于向心力,做近心运动,进入椭圆轨道.故B错误.
C、根据开普勒第三定律=k知,100公里的圆轨道半径大于椭圆轨道的半长轴,则“嫦娥三号”在100公里圆轨道上运动的周期大于其在近月点为15公里的椭圆轨道上运动的周期.故C错误.
D、从15公里高度降至月球表面过程“嫦娥三号”有减速下降的阶段,此时处于超重状态,故D错误;
故选:A
2014年9月24日,“曼加里安”号火星车成功进入火星轨道(如图),印度成为了首个第一次尝试探索火星就成功的国家.火星表面特征非常接近地球,适合人类居住.已知火星的半径为R火,地球表面的重力加速度g地,地球的质量为火星质量的10倍,地球的半径为火星半径的2倍,求:
(1)火星表面的重力加速度g火;
(2)假设“曼加里安”号贴近火星表面做圆轨道运行,它运行周期为多大.
正确答案
解:(1)对于任一星球表面,由万有引力等于重力,得 G=mg
则 g=
所以火星表面和地球表面重力加速度之比:=
•
=
•
=
则g火=
(2)假设“曼加里安”号贴近火星表面做圆轨道运行,它运行周期为T,则
mg火=m
解得 T=π
答:
(1)火星表面的重力加速度g火是.
(2)假设“曼加里安”号贴近火星表面做圆轨道运行,它运行周期为π.
解析
解:(1)对于任一星球表面,由万有引力等于重力,得 G=mg
则 g=
所以火星表面和地球表面重力加速度之比:=
•
=
•
=
则g火=
(2)假设“曼加里安”号贴近火星表面做圆轨道运行,它运行周期为T,则
mg火=m
解得 T=π
答:
(1)火星表面的重力加速度g火是.
(2)假设“曼加里安”号贴近火星表面做圆轨道运行,它运行周期为π.
谷神星--小行星带中最大的行星之一,处在火星与木星轨道之间.假设各行星只受到太阳的引力,并绕太阳做匀速圆周运动,如图所示,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、地球与小行星的质量未知,故不能得出太阳对谷神星和对地球的引力大小相同的结论,故A错误;
BC、据可得周期T=
,故谷神星的半径远大于地于以,故其周期大于1年,故B错误,C正确;
D、据可得线速度v=
,谷神星的轨道半径大线速度小,故D错误.
故选:C.
已知月球绕地球公转的周期为T,地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,则月球绕地球公转的线速度大小为( )
正确答案
解析
解:设月球做圆周运动的半径是r,则由万有引力提供向心力得:
在地球表面的物体受到的引力:
又:
联立得:v=
故选:A
已知万有引力常量G,在下列给出的情景中,能根据测量数据求出月球密度的是( )
正确答案
解析
解:设月球的质量为M,半径为r,则火星的密度,
A.在月球表面使一个小球做自由落体运动,测出下落的高度H和时间t,根据H=,可知算出月球的重力加速度,根据
,可以算得月球的质量,但不知道月球的半径,故无法算出密度,故A错误;
B.根据得:
,V=
,所以
,已知T就可算出密度,故B正确;
C.观察月球绕地球的圆周运动,只能算出地球的质量,无法算出月球质量,也就无法算出月球密度,故C错误;
D.测出卫星离月球表面的高度H和卫星的周期T,但是不知道月球的半径,故无法算出密度,故D错误.
故选:B.
设想宇航员完成了对火星表面的科学考察任务,乘坐返回舱返回围绕火星做圆周运动的轨道舱,如图所示.为了安全,返回舱与轨道舱对接时,必须具有相同的速度.已知返回舱返回过程中需克服火星的引力做功W=mgR(1-
),R为火星的半径,r为轨道舱到火星中心的距离.又已知返回舱与人的总质量为m,火星表面的重力加速度为g,不计火星表面大气对返回舱的阻力和火星自转的影响,则该宇航员乘坐的返回舱至少需要获得多少能量才能返回轨道舱?
正确答案
解:对轨道舱:
对火星表面处物体:
得:v2=,
对返回舱:由能量守恒,有 E=W+=
答:该宇航员乘坐的返回舱至少需要获得能量才能返回轨道舱.
解析
解:对轨道舱:
对火星表面处物体:
得:v2=,
对返回舱:由能量守恒,有 E=W+=
答:该宇航员乘坐的返回舱至少需要获得能量才能返回轨道舱.
通过天文观测到某行星的卫星运动的周期为T,轨道半径为r,若把卫星的运动近似看成匀速圆周运动,行星的半径为R.
(1)试求出该行星的质量
(2)试求出该行星的密度.
正确答案
解:(1)由万有引力做为向心力,因为知道了行星的周期,所以有:
=
r
解得:M=,
(2)行星的体积为:V=πR3
ρ==
答:(1)该行星的质量是.
(2)该行星的密度是.
解析
解:(1)由万有引力做为向心力,因为知道了行星的周期,所以有:
=
r
解得:M=,
(2)行星的体积为:V=πR3
ρ==
答:(1)该行星的质量是.
(2)该行星的密度是.
(2016•泰安一模)据报道:天文学家发现一颗新的系外类地行星,名为“HD85512b”,它的质量是地球的3.6倍,半径约是地球的1.6倍,它环绕一颗名叫HD 85512的恒星运转,运行一周只需54天.根据以上信息可以确定( )
正确答案
解析
解:A、根据得,中心天体的质量M=
,因为行星HD85512b的轨道半径和地球公转的半径关系未知,无法比较恒星85512的质量和太阳质量的大小关系,故A错误.
B、根据题意无法得知行星HD 85512 b自转的周期,故B错误.
C、根据得第一宇宙速度为:v=
,HD85512b的质量是地球的3.6倍,半径约是地球的1.6倍,则第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的
倍,故C正确.
D、根据得:g=
,HD85512b的质量是地球的3.6倍,半径约是地球的1.6倍,则表面的重力加速度是地球表面重力加速度的1.4倍,大于9.8m/s2,故D错误.
故选:C.
随着现代科学技术的飞速发展,广寒宫中的嫦娥不再寂寞.未来航天飞机将作为往返于地球与月球之间的飞行器.若宇航员乘航天飞机对在距月球表面高h处的圆轨道上运行的月球卫星进行维修.已知月球半径为R,月球表面的重力加速度为gm,计算过程中可不计地球对月球卫星引力.
(1)维修卫星时,航天飞机的速度应为多大?
(2)已知地球自转周期为T0,则该卫星每天可绕月球转几圈?
正确答案
(1)根据万有引力定律,在月球上的物体有:
…①
航天飞机维修月球卫星时应该与卫星在同一轨道上,速度应与卫星速度相同,卫星绕月球做圆周运动,设速度为v,则:…②
由①②两式解得:
(2)设卫星运动周期为T,根据万有引力提供卫星圆周运动向心力有:
解得:
则卫星每天绕月球运转的圈数为:
答:(1)维修卫星时,航天飞机的速度应为;
(2)已知地球自转周期为T0,则该卫星每天可绕月球转圈.
解析
(1)根据万有引力定律,在月球上的物体有:
…①
航天飞机维修月球卫星时应该与卫星在同一轨道上,速度应与卫星速度相同,卫星绕月球做圆周运动,设速度为v,则:…②
由①②两式解得:
(2)设卫星运动周期为T,根据万有引力提供卫星圆周运动向心力有:
解得:
则卫星每天绕月球运转的圈数为:
答:(1)维修卫星时,航天飞机的速度应为;
(2)已知地球自转周期为T0,则该卫星每天可绕月球转圈.
(2016•咸阳一模)“轨道康复者”是“垃圾”卫星的就行,被称为“太空110”,它可在太空中给“垃圾”卫星补充能源,延长卫星的使用寿命.假设“轨道康复者”的轨道半径为地球同步卫星轨道半径的五分之一,其运动方向与地球自转方向一致,轨道平面与地球赤道平面重合,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、“轨道康复者”要在原轨道上加速将会做离心运动,到更高的轨道上,故A错误;
B、轨道半径越大,角速度越小,同步卫星和地球自转的角速度相同,所以空间站的角速度大于地球自转的角速度,所以站在地球赤道上的人观察到空间站向东运动,故B错误;
C、根据万有引力提供向心力得:,解得:速度v=
,所以“轨道康复者”的速度地球同步卫星速度的
倍.故C正确;
D、根据=mg=ma,“轨道康复者”绕地球做匀速圆周运动时的轨道半径为地球同步卫星轨道半径的五分之一,知“轨道康复者”的加速度是地球同步卫星加速度的25倍,故D正确.
故选:CD
地球的质量和半径分别是火星的10倍和2倍,地球表面的重力加速度为g,则火星表面的重力加速度为( )
正确答案
解析
解:根据星球表面的万有引力等于重力知道mg=得出:g=
火星的质量和半径分别约为地球的和
.所以火星表面的重力加速度为:
g′=g=0.4g
则B正确
故选:B
人造地球卫星的第一宇宙速度约为8km/s,某行星的质量是地球质量的6倍,半径是地球半径的1.5倍.该行星上的第一宇宙速度约为( )
正确答案
解析
解:根据,解得第一宇宙速度v=
.
因为行星的质量是地球质量的6倍,半径是地球半径的1.5倍,所以行星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的2倍,即16km/s.故A正确,B、C、D错误.
故选:A.
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