- 万有引力与航天
- 共16469题
(2015春•包头校级期末)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、根据,因为地球质量与月球质量之比为81:1,半径之比为4:1,则体积之比64:1,可知地球的平均密度和月球的平均密度之比为81:64,故A错误.
B、根据得,表面的重力加速度g=
,因为地球质量与月球质量之比为81:1,半径之比为4:1,则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正确.
C、根据得,周期T=
,因为半径之比为4:1,质量之比为81:1,则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、根据得,第一宇宙速度v=
,因为半径之比为4:1,质量之比为81:1,则地球的第一宇宙速度与月球的第一宇宙速度之比为9:2.故D错误.
故选:BC.
在半径为R=1.6×l06m某星球上,宇航员在离星球水平表面lm高处,以3m/s的初速度抛出一个物体,物体落地时速度大小为5m/s,不计空气阻力和不考虑星球自转的影响.求:
(1)该星球表面的重力加速度大小;
(2)若宇航员乘坐的宇宙飞船在离该星球表面高度为H=3R处绕该星球做匀速圆周运动,求飞船的速率(可用根式表示).
正确答案
解:(1)对星球表面抛出的物体,由动能定理得:
,
代入数据解得:g=8m/s2.
(2)星球对飞船的万有引力提供向心力:,
由于不考虑星球自转,有:,
联立解得:v=,
代入数据解得:v=m/s.
答:(1)该星球表面的重力加速度大小为8m/s2;
(2)飞船的速率为m/s.
解析
解:(1)对星球表面抛出的物体,由动能定理得:
,
代入数据解得:g=8m/s2.
(2)星球对飞船的万有引力提供向心力:,
由于不考虑星球自转,有:,
联立解得:v=,
代入数据解得:v=m/s.
答:(1)该星球表面的重力加速度大小为8m/s2;
(2)飞船的速率为m/s.
荷兰私人火星移民计划“火星一号”于2013年4月22日在纽约宣布火星宇航员筛选工作正式启动.计划2023年运送两男两女前往火星,使他们有去无回成为这一星球的永久居民,此后每隔两年运送更多人前往火星.截止2013年5月10日中国有一万多人报名.已知火星半径是地球半径的一半,火星质量是地球质量的,试求:
(1)某运动员在地球表面最多可举起质量为120kg的杠铃,那么在火星上他最多可以举起多大质量的杠铃?
(2)若某人在地面上竖直跳起,最高可跳起1.2m,那么该人在火星表面上最高可跳多高?(假设起跳时的初速度一样)
(3)地球的第一宇宙速度是7.9km/s,则火星的第一宇宙速度是多少?
正确答案
解:(1)在地球表面的物体受到重力等于万有引力,得地球表面的重力加速度
同理火星表面的重力加速度
所以=
=
根据题意有m地g地=m火g火
可以举起杠铃的最大质量为
(2)人竖直向上起跳可看做竖直上抛运动,则
所以
可跳起的最大高度为
(3)根据重力提供向心力,得
所以
解得=3.7km/s.
答:(1)某运动员在地球表面最多可举起质量为120kg的杠铃,那么在火星上他最多可以举起270kg的杠铃.
(2)若某人在地面上竖直跳起,最高可跳起1.2m,那么该人在火星表面上最高可跳2.7m.
(3)地球的第一宇宙速度是7.9km/s,则火星的第一宇宙速度是3.7km/s.
解析
解:(1)在地球表面的物体受到重力等于万有引力,得地球表面的重力加速度
同理火星表面的重力加速度
所以=
=
根据题意有m地g地=m火g火
可以举起杠铃的最大质量为
(2)人竖直向上起跳可看做竖直上抛运动,则
所以
可跳起的最大高度为
(3)根据重力提供向心力,得
所以
解得=3.7km/s.
答:(1)某运动员在地球表面最多可举起质量为120kg的杠铃,那么在火星上他最多可以举起270kg的杠铃.
(2)若某人在地面上竖直跳起,最高可跳起1.2m,那么该人在火星表面上最高可跳2.7m.
(3)地球的第一宇宙速度是7.9km/s,则火星的第一宇宙速度是3.7km/s.
我国执行首次载人航天飞行的神州五号飞船于2003年10月15日在中国酒泉卫星发射中心发射升空.飞船由长征-2F运载火箭先送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道,在B点实施变轨后,再进入预定圆轨道,如图所示.已知飞船在预定圆轨道上飞行n圈所用时间为t,近地点A距地面高度为L1,地球表面重力加速度为g,地球半径为R,求:
(1)飞船在近地点A的加速度aA为多大?
(2)远地点B距地面的高度L2为多少?
正确答案
解:(1)设地球质量为M,飞船的质量为m,在A点受到的地球引力为
地球表面的重力加速度
g=G
又由牛顿第二定律
F=ma
联立以上三式得
飞船在近地点A的加速度aA为.
(2)飞船在预定圆轨道飞行的周期
T=
由牛顿运动定律得
联立解得
-R
远地点B距地面的高度L2为-R.
解析
解:(1)设地球质量为M,飞船的质量为m,在A点受到的地球引力为
地球表面的重力加速度
g=G
又由牛顿第二定律
F=ma
联立以上三式得
飞船在近地点A的加速度aA为.
(2)飞船在预定圆轨道飞行的周期
T=
由牛顿运动定律得
联立解得
-R
远地点B距地面的高度L2为-R.
(2015秋•吉林校级月考)设想在地球赤道平面内有一垂直于地面延伸到太空的轻质电梯,电梯顶端可超过地球的同步卫星高度R(从地心算起)延伸到太空深处.这种所谓的太空电梯可用于低成本地发射绕地人造卫星.其发射方法是将卫星通过太空电梯匀速提升到某高度,然后启动推进装置将卫星从太空电梯发射出去.设在某次发射时,卫星在太空电梯中极其缓慢地匀速上升,该卫星在上升到0.80R处意外和太空电梯脱离(脱离时卫星相对与太空电梯上脱离处的速度可视为零)而进入太空,设地球半径为r,地球表面重力加速度为g( )
正确答案
解析
解:ABC、在同步轨道,有:
在电梯中,物体的角速度与地球自转角速度相同,万有引力为,做圆周运动需要的向心力为mω2(0.8R);
由于,故离开电梯瞬间,万有引力大于需要的向心力,此后会做向心运动,故AC错误,B正确;
D、欲使卫星脱离太空电梯后做匀速圆周运动,需要增加速度,使得万有引力等于向心力,故:
故:v=,故D错误;
故选:B
甲、乙两双星相距为L,质量之比M甲:M乙=2:3,它们离其他天体都很遥远,我们观察到它们的距离始终保持不变,由此可知( )
正确答案
解析
解:B、据题可知甲、乙两恒星的距离始终保持不变,围绕两星连线上的一点做匀速圆周运动,靠相互间的万有引力提供向心力,角速度一定相同,故B错误.
A、C、双星靠相互间的万有引力提供向心力,角速度大小相等,向心力大小相等,则有:
m甲r甲ω2=m乙r乙ω2,
得:=
=
根据v=rω,知v甲:v乙=r甲:r乙=3:2.故A正确,C错误.
D、根据a=rω2知,向心加速度之比 a甲:a乙=r甲:r乙=3:2,故D错误.
故选:A
如图所示,航天飞机在完成空间维修任务后,在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,B为轨道Ⅱ上的近地点.关于航天飞机的运动,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由开普勒第三定律=k可知,在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期,故A正确;
B、当航天飞机在轨道Ⅱ上A点加速才能变轨到Ⅰ上,故在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在Ⅰ上经过A点的动能,故B错误;
C、由G=ma可知,a=
,由于G、M、r都相等,则在轨道Ⅱ上经过A的加速度应等于在轨道Ⅰ上经过A的加速度,故C正确;
D、根据开普勒第二定律可知航天飞机在远地点的速度小于在近地点的速度,故D错误.
故选:AC.
火星半径为地球半径的一半,火星质量约为地球质量的.一位宇航员连同宇航服在地球上的质量为100kg,则在火星上其质量为______kg,重力为______ N.(g取9.8m/s2)
正确答案
100
436
解析
解:根据万有引力等于重力得:
=mg
火星半径为地球半径的一半,火星质量约为地球质量的.
一个物体在此火星上的重力和地球上重力之比.
质量是物体的属性,不随形状、状态、位置的改变而改变,在火星上其质量为100kg,
在地球上的重力等于980N,所以在火星上重力是436N.
故答案为:100 436
如图所示,等边三角形ABC边长为L,在三角形的三顶点A、B、C各固定质量均为m的三个小球,已知万有引力常量为G,则C点小球受A、B两点小球的万有引力的合力为多少?
正确答案
解:A、B两球对C的万有引力大小均为 F=G,两者的夹角为60°
则C点小球受A、B两点小球的万有引力的合力为:F合=2Fcos30°=
答:C点小球受A、B两点小球的万有引力的合力为.
解析
解:A、B两球对C的万有引力大小均为 F=G,两者的夹角为60°
则C点小球受A、B两点小球的万有引力的合力为:F合=2Fcos30°=
答:C点小球受A、B两点小球的万有引力的合力为.
宇航员在半径为R的星球表面完成了下列实验:他将一圆锥体固定,使其轴线竖直,再用长细线一端固定于圆锥体的顶点O,另一端拴一小球,让其在水平面内做匀速圆周运动,如图所示.他测得小球的运动周期为T时,恰好对圆锥体无压力,又测出O点到圆轨道面间的距离为h,已知万有引力常量为G.求:
(1)该星球表面重力加速度g;
(2)该星球质量M;
(3)在该星球表面发射卫星所需要的最小速度.
正确答案
解:(1)小球在水平面内做匀速圆周运动,由细线的拉力和重力的合力提供向心力,则得:
mgtanθ=mhtanθ
则 g=h
(2)在星球表面的物体有:G=mg
则 M=
(3)环绕该星球表面的卫星得:mg=m
则 v=
答:(1)该星球表面重力加速度g是h;
(2)该星球质量M是;
(3)在该星球表面发射卫星所需要的最小速度是.
解析
解:(1)小球在水平面内做匀速圆周运动,由细线的拉力和重力的合力提供向心力,则得:
mgtanθ=mhtanθ
则 g=h
(2)在星球表面的物体有:G=mg
则 M=
(3)环绕该星球表面的卫星得:mg=m
则 v=
答:(1)该星球表面重力加速度g是h;
(2)该星球质量M是;
(3)在该星球表面发射卫星所需要的最小速度是.
(2015秋•威海期末)地球赤道表面上的一物体质量为m1,它相对地心的速度为v1.地球同步卫星离地面的高度为h,它相对地心的速度为v2,其质量为m2.已知地球的质量为M半径为R,自转角速度为ω,表面的重力加速度为g,地球的第一宇宙速度为v,万有引力恒量为G.下列各式成立的是( )
正确答案
解析
解:A、第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,近地卫星相对地面不是静止的,故v1≠v,故A错误;
B、地面上物体和同步卫星绕地心转动的角速度相等,故:,故
,故B正确;
C、考虑地球自转,重力不等于万有引力,而近地卫星是万有引力提供向心力,故近地卫星的重力小于向心力,故m1g<,故C错误;
D、对同步卫星,万有引力提供向心力,故,故D正确;
故选:BD
宇航员在某星球表面上h高度处,沿水平方向以初速度v0抛出一个小球,经时间t,小球落到星球表面,测出抛出点与落地点之间的水平距离为L,该星球的半径为R,万有引力常数为G,求该星球的质量M.
正确答案
解:小球做平抛运动:
h=
L=V0t
解方程组得:g=
质量为m的物体在星球表面所受重力等于万有引力,得:
mg=G
解得星球质量M==
答:星球的质量为
解析
解:小球做平抛运动:
h=
L=V0t
解方程组得:g=
质量为m的物体在星球表面所受重力等于万有引力,得:
mg=G
解得星球质量M==
答:星球的质量为
经长期观测人们在宇宙中已经发现了“双星系统”,“双星系统”由两颗相距较近的恒星组成,每个恒星的线速度远小于两个星体之间的距离,而且双星系统一般远离其他天体.如图所示,两颗星球组成的双星,在相互之间的万有引力作用下,绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动.现测得两颗星之间的距离为L,质量之比为m1:m2=3:2.则可知( )
正确答案
解析
解:双星靠相互间的万有引力提供向心力,具有相同的角速度,
对m1:G=m1ω2r1,
对m2:G=m2ω2r2,
得:m1r1=m2r2,=
=
.所以r1=
,r2=
.
又v=rω,所以线速度之比=
=
.故A错误、BCD正确.
故选BCD.
宇航员在月球上做自由落体实验,将某物体由距月球表面高h处释放,经时间t后落到月球表面(设月球半径为R).据上述信息推断,飞船在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动所必须具有的速率为______.
正确答案
解析
解:物体自由落体运动,设月球表面重力加速度为g,
解得:
飞船在月球表面做匀速圆周运动,则:
解得:
故答案为:.
利用下列哪一组数据可以求出地球的质量(引力常量已知)( )
正确答案
解析
解:A、已知地球的半径和自转周期,自转周期也是同步卫星周期,
根据万有引力等于向心力得由于不知道同步卫星的轨道半径,所以无法求出地球质量,故A错误;
B、已知地球绕太阳运行的周期及地球与太阳间距离,根据万有引力提供圆周运动向心力,可以计算中心天体太阳的质量,而不可以计算环绕天体地球的质量,故B错误;
C、嫦娥一号卫星绕月飞行的半径和周期,根据万有引力提供圆周运动向心力,可以计算中心天体月球的质量,而不可以计算环绕天体地球的质量,故C错误;
D、月球绕地球做圆周运动的半径和周期,
根据万有引力等于向心力得
=m
r,所以能求出中心天体地球的质量,故D正确;
故选:D.
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