- 万有引力与航天
- 共16469题
有一行星密度为地球密度的一半,表面重力加速度为地球的2倍,则该行星质量为地球的______倍,若地球同步卫星的高度为地球半径的6倍,该行星的同步卫星的高度为其半径的2.5倍,则该行星的自转周期为______小时.
正确答案
32
12
解析
解:
由万有引力等于重力可得:
解得:
①
质量还可以表达为:
②
由①②解得:
设行星质量为M1,地球质量为M2,故该行星与地球质量的比值为:
=
设地球的同步卫星的周期为T1=24小时,轨道半径为r1=7R1,密度ρ1.
某行星的同步卫星周期为T2,轨道半径为r2=3.5R2,密度ρ2.
由万有引力提供向心力的周期表达式,解得:
带入数值化简得到:
小时.
故答案为:32;12.
A、B两颗行星,质量之比为=p,半径之比为
=q,则两行星表面的重力加速度为( )
正确答案
解析
解:忽略星球自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式:
F==mg
g=
=
=
故选C.
科学家在地球轨道外侧发现了一颗绕太阳运行的小行星,经过观测该小行星每隔t时间与地球相遇一次(即距离最近).已知地球绕太阳公转半径是R,周期是T,引力常量为G,设地球和小行星都是圆轨道,且在同一平面同向转动.求:
(1)太阳的质量M;
(2)小行星与地球的最远距离S.
正确答案
解:1)地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,
G=m
•R …①
得M=
(2)设小行星绕太阳运行半径为r,周期为T′,质量为m′
=m′
•r ②
由①②得=
③
小行星每隔t时间为地球相遇一次
(-
)•t=2π ④
由③④得
R′=•R
小行星为地球的最远距离S
S=R′+R=(1+)•R
答:(1)太阳的质量是;
(2)小行星与地球的最远距离是(1+)•R.
解析
解:1)地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,
G=m
•R …①
得M=
(2)设小行星绕太阳运行半径为r,周期为T′,质量为m′
=m′
•r ②
由①②得=
③
小行星每隔t时间为地球相遇一次
(-
)•t=2π ④
由③④得
R′=•R
小行星为地球的最远距离S
S=R′+R=(1+)•R
答:(1)太阳的质量是;
(2)小行星与地球的最远距离是(1+)•R.
2007年10月24日,我国首次成功发射了探月卫星-“嫦娥一号”.卫星在地月转移轨道飞赴月球的过程中,与地球间距增大,与月球间距减小,则( )
正确答案
解析
解:在两个物体的质量不变时,根据万有引力定律F=知,万有引力与物体之间的距离的二次方成反比,故在卫星飞赴月球的过程中,离地球的距离增大,与月球间距离减小,则地球对它的万有引力减小,月球对它的万有引力增大.故B正确,ACD错误.
故选:B.
太阳光照射到地面历时500s,根据这个数据并结合你所学的知识,估算太阳的质量为______kg,(已知引力常量G=6.7×10-11N•kg2,结果保留一位有效数字)
正确答案
2×1030
解析
解:地球绕太阳公转看做是匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力有:
其中T=365×24×60s,
r=Ct=3×108×500m
联立得太阳的质量为:M=2×1030 kg
故答案为:2×1030
据每日邮报2014年4月18日报道,美国国家航空航天局(NASA)目前宣布首次在太阳系外发现“类地”行星Kepler-186f.假如宇航员乘坐宇宙飞船到达该行星,进行科学观测:该行星自转周期为T;宇航员在该行星“北极”距该行星地面附近h处自由释放-个小球(引力视为恒力),落地时间为t1;宇航员在该行星“赤道”距该行星地面附近h处自由释放-个小球(引力视为恒力),落地时间为t2.则行星的半径R的值( )
正确答案
解析
解:宇航员在该行星“北极”距该行星地面附近h处自由释放-个小球(引力视为恒力),落地时间为t1;
h=g
g=
宇航员在该行星“赤道”距该行星地面附近h处自由释放-个小球(引力视为恒力),落地时间为t2.
h=g′
g′=
在该行星“赤道”处物体做圆周运动需要的向心力等于万有引力与该位置重力之差列出等式
mR=mg-mg′
解得:R=
故选:C.
一飞船在某星球表面附近,受星球引力作用而绕其做匀速圆周运动的速率为v1;飞船在离该星球表面高度为h处,受星球引力作用而绕其做匀速圆周运动的速率为v2.已知万有引力恒量为G.试求
(1)该星球的质量
(2)若设该星球的质量为M,一个质量为m的物体在离该星球球心r远处具有的引力势能为EPr=-,则一颗质量为m1的卫星由r1轨道变为r2(r1<r2)轨道,对卫星至少做多少功?(卫星在r1、r2轨道上均做匀速圆周运动,结果请用M、m1、r1、r2、G表示)
正确答案
解:
(1)由万有引力提供向心力的速度表达式:,
可知在星球表面时:,
在高空h处:,
联立解得:
(2)由得轨道半径为r时的动能为:
,
又引力势能为:EP=-,
卫星在该轨道上的机械能为:,
则变轨需要对卫星做的功为卫星机械能的增加量,
即:=
答:(1)星球的质量为:
(2)变轨需要对卫星做的功为:
解析
解:
(1)由万有引力提供向心力的速度表达式:,
可知在星球表面时:,
在高空h处:,
联立解得:
(2)由得轨道半径为r时的动能为:
,
又引力势能为:EP=-,
卫星在该轨道上的机械能为:,
则变轨需要对卫星做的功为卫星机械能的增加量,
即:=
答:(1)星球的质量为:
(2)变轨需要对卫星做的功为:
如图所示为“嫦娥三号”探测器在月球上着陆最后阶段的示意图,首先在发动机作用下,探测器受到推力在距月面高度为h1处悬停(速度为0,h1远小于月球半径),接着推力改变,探测器开始竖直下降,到达距月面高度为h2处的速度为v,此后发动机关闭,探测器仅受重力下落至月面.已知探测器总质量为m(不包括燃料),地球和月球的半径比为k1,质量比为k2,地球表面附近的重力加速度为g,求:
(1)月球表面附近的重力加速度大小及探测器刚接触月球时的速度大小;
(2)从开始竖直下降到接触月面时,探测器机械能的变化.
正确答案
解:(1)设地球质量和半径分别为M和R,月球的质量、半径和表面的重力加速度分别为M′、R′和g′,探测器刚接触月球表面时的速度大小为v1;
由mg′=G和mg=G
,得:g′=
由,得:vt=
;
(2)设机械能变化量为△E,动能变化量为△Ek,重力势能变化量为△Ep;
由△E=△Ek+△Ep
有△E=(v2+
)-m
gh1
得:△E=v2-
mg(h1-h2)
答:(1)月球表面附近的重力加速度大小为,探测器刚接触月球时的速度大小为
;
(2)从开始竖直下降到接触月面时,探测器机械能的变化为v2-
mg(h1-h2).
解析
解:(1)设地球质量和半径分别为M和R,月球的质量、半径和表面的重力加速度分别为M′、R′和g′,探测器刚接触月球表面时的速度大小为v1;
由mg′=G和mg=G
,得:g′=
由,得:vt=
;
(2)设机械能变化量为△E,动能变化量为△Ek,重力势能变化量为△Ep;
由△E=△Ek+△Ep
有△E=(v2+
)-m
gh1
得:△E=v2-
mg(h1-h2)
答:(1)月球表面附近的重力加速度大小为,探测器刚接触月球时的速度大小为
;
(2)从开始竖直下降到接触月面时,探测器机械能的变化为v2-
mg(h1-h2).
(2016•延边州模拟)“神九”载人飞船与“天宫一号”成功对接及“蛟龙”号下潜突破7000米入选2012年中国十大科技进展新闻.若地球半径为R,把地球看做质量分布均匀的球体(质量分布均匀的球壳对球内任一质点的万有引力为零).“蛟龙”号下潜深度为d,“天宫一号”轨道距离地面高度为h,“蛟龙”号所在处与“天宫一号”所在处的重力加速度之比为( )
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:,
由于地球的质量为:,
所以重力加速度的表达式可写成:.
根据题意有,质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零,固在深度为d的地球内部,受到地球的万有引力即为半径等于(R-d)的球体在其表面产生的万有引力,故井底的重力加速度为:,
所以有:.
根据万有引力提供向心力为:,
“天宫一号”的加速度为:,
所以有:,
得:,故C正确,ABD错误.
故选:C
(2013春•常州期末)今年我国将发射“嫦娥三号”探测器实现着陆器与月球车软着陆,此后,嫦娥工程还将实施返问式探月.到2017年基本完成无人月球探测任务后,我国将继续发展“载人登月”.一位勤于思考的同学为探月宇航员设计了如下实验:在距月球表面h处以切速度v0水平抛出一个物体,然后测量该平抛物体的水平位移为x,通过杏查阅资料知道月球的半径为R,引力常量为G.若物体只受月球引力的作用,请你求出:
(1)月球表面的重力加速度;
(2)月球的质量;
(3)月球的笫一宇宙速度.
正确答案
解:(1)根据平抛运动的规律有:,
x=v0t,
解得:.
(2)星球表面的万有引力近似等于物体的重力,有:,
解得:M=.
(3)根据重力提供向心力得:,
解得第一宇宙速度为:.
答:(1)月球表面的重力加速度为;
(2)月球的质量为;
(3)月球的笫一宇宙速度为.
解析
解:(1)根据平抛运动的规律有:,
x=v0t,
解得:.
(2)星球表面的万有引力近似等于物体的重力,有:,
解得:M=.
(3)根据重力提供向心力得:,
解得第一宇宙速度为:.
答:(1)月球表面的重力加速度为;
(2)月球的质量为;
(3)月球的笫一宇宙速度为.
2013年12月2日1时30分我国成功发射“嫦娥三号”,于12月14日21时11分在月球正面的虹湾以东地区着陆.12月15日凌晨,“嫦娥三号”搭载的“玉兔”号月球探测器成功与“嫦娥三号”进行器件分离,我国航天器首次实现在地外天体的软着陆,表明中国航天技术获得了重大进展.某同学提出设想:“玉兔”号月球车登陆月球后,利用月球车附属机械装置进行科学实验,让一小球距月面高H处自由释放,测得小球落地时间为t(已知月球的半径为R,万有引力常量为G,可认为此月球表面的物体受到的重力等于物体与月球之间的万有引力),则可求:
(1)月球表面的重力加速度g;
(2)月球的质量M;
(3)月球的第一宇宙速度v0.
正确答案
解:(1)根据自由落体运动公式:H=
解得:g=
(2)在月球表面,物体受到的重力等于物体与月球间的万有引力,设物体的质量为m,
有G=mg
解得:M==
(3)设月球的第一宇宙速度为v,设卫星的质量为m,根据重力提供向心力有:
m=mg
解得:v==
答:(1)月球表面的重力加速度g为;
(2)月球的质量M为;
(3)月球的第一宇宙速度v为.
解析
解:(1)根据自由落体运动公式:H=
解得:g=
(2)在月球表面,物体受到的重力等于物体与月球间的万有引力,设物体的质量为m,
有G=mg
解得:M==
(3)设月球的第一宇宙速度为v,设卫星的质量为m,根据重力提供向心力有:
m=mg
解得:v==
答:(1)月球表面的重力加速度g为;
(2)月球的质量M为;
(3)月球的第一宇宙速度v为.
如图所示,a、b、c是在地球大气层外的圆形轨道上运动的三颗人造卫星,质量关系m a>m b>mc,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:设地球的质量为M,卫星的轨道半径为r,质量为m.人造卫星绕地球做匀速圆周运动,由万有引力提供向心力,则得:
G═m
=m
r=mω2r=ma
则得 v=,ω=
,T=2
,a=
可见,卫星的轨道半径越大,线速度、角速度、向心加速度越大,周期越小,所以a的线速度、角速度和向心加速度都最大,a的周期最小.故AB错误,CD正确.
故选:CD
我国首个月球探测计划“嫦娥工程”将分三个阶段实施,大约用十年左右时间完成,这极大地提高了同学们对月球的关注程度.以下是小余同学就有关月球的知识设计的两个问题,请你解答:
(1)若已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,试求地球质量M地
(2)若已知月球绕地球运动的周期为T,且把月球绕地球的运动近似看做是匀速圆周运动.试求出月球绕地球运动的轨道半径.
正确答案
解:(1)物体在地球表面上时,由重力等于地球的万有引力得:
mg=G…①
解得:M地=…②
(2)月球绕地球匀速圆周运动时,由地球的万有引力提供向心力,则得:
G=m月
r…③
得:r=
答:(1)地球质量M地为.
(2)月球绕地球运动的轨道半径为.
解析
解:(1)物体在地球表面上时,由重力等于地球的万有引力得:
mg=G…①
解得:M地=…②
(2)月球绕地球匀速圆周运动时,由地球的万有引力提供向心力,则得:
G=m月
r…③
得:r=
答:(1)地球质量M地为.
(2)月球绕地球运动的轨道半径为.
某星球自转周期为T,在它的两极处用弹簧秤称得某物重W,在赤道上称得该物重W′,求该星球的平均密度ρ
正确答案
解:因为两极处的万有引力等于物体的重力,即:=w,
由于赤道处的向心力等于万有引力与物体在赤道处的重力之差,-w′=
=W-W′①
设地球密度为ρ,又由:=W,
整理得:GρmR=W ②
由①②解得:ρ=
答:该星球的平均密度是.
解析
解:因为两极处的万有引力等于物体的重力,即:=w,
由于赤道处的向心力等于万有引力与物体在赤道处的重力之差,-w′=
=W-W′①
设地球密度为ρ,又由:=W,
整理得:GρmR=W ②
由①②解得:ρ=
答:该星球的平均密度是.
某星球的质量约为地球质量的8倍,半径约为地球半径的2倍.已知地球的第一宇宙速度为7.9km/s,则航天器在该星球表面附近绕星球做匀速圆周运动的速度大小约为多少?
正确答案
解:航天器在星球表面附近绕星球做匀速圆周运动,星球对航天器的万有引力提供航天器的向心力得:
解得:
∝
该星球的质量约为地球质量的8倍,半径约为地球半径的2倍,故:
v′==2v
而v=7.9 km/s
故v′=15.8km/s
答:航天器在该星球表面附近绕星球做匀速圆周运动的速度大小约为15.8km/s.
解析
解:航天器在星球表面附近绕星球做匀速圆周运动,星球对航天器的万有引力提供航天器的向心力得:
解得:
∝
该星球的质量约为地球质量的8倍,半径约为地球半径的2倍,故:
v′==2v
而v=7.9 km/s
故v′=15.8km/s
答:航天器在该星球表面附近绕星球做匀速圆周运动的速度大小约为15.8km/s.
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