- 万有引力与航天
- 共16469题
在月球表面上,以初速度v0竖直上抛一个小球,经过时间t落回到抛出点,已知月球的半径为R,则月球的质量为______(不计阻力).
正确答案
解析
解:设月球表面的重力加速度为g,则据竖直上抛运动可知:g=
又因为在月球表面,物体受到的重力等于月球对他的万有引力G=mg
其中M为月球的质量
所以月球的质量为M=
故答案为:
对于在某一轨道绕地球运行的人造地球卫星,若已知其绕地球运行的轨道半径R和周期T(引力常量G为已知),则可求得( )
正确答案
解析
解:A、B、卫星的万有引力提供向心力,故:
解得:M=
可以求地球的质量,不能求卫星质量;由于不知道地球的体积,无法求解地球的密度;
故A错误,B错误;
C、卫星的向心加速度大小:a=ω2R=;故C正确;
D、卫星的向心力大小:F=m;由于不知道卫星的质量,故无法求解卫星的向心力的大小;故D错误;
故选:C.
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,每个恒星的大小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.两颗星球组成的双星,在相互之间的万有引力作用下,绕连线上的某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,设为ω.
对m1:G=m1r1ω2,
对m2:G=m2r2ω2.
得:m1r1=m2r2,=
=
.
所以r1=L,r2=
L.
又v=rω,所以线速度之比=
=
.故A、B正确,C、D错误.
故选AB.
已知地球半径为R,月球半径为r,地球与月球中心之间的距离为s.月球公转周期为T1,地球自转周期为T2,地球公转周期为T3,万有引力常量为G,由以上条件可知( )
正确答案
解析
解:
A、研究月球绕地球圆周运动,利用万有引力提供向心力得:
解得:
,故A错误
B、由于不知道月球的卫星的相关量,故不能求得月球质量,故B错误
C、研究在地球表面附近运行的人造卫星,利用万有引力提供向心力:
解得:
又:,故C错误
D、月球向心加速度为:a=sω2==
,故D正确
故选D
一个Internet网站报道,最近南亚某国发射了一颗人造环月卫星,卫星的质量为1000kg,环绕月球周期为60min.张明同学对该新闻的真实性感到怀疑.他认为该国的航天技术不可能近期发射出环月卫星;该网站公布的数据似乎也有问题.他准备对该数据进行验证.但他记不清万有引力恒量的数值,且手边又没有资料可查找,只记得月球半径约为地球半径的,地球半径约为6.4×106m,月球表面的重力加速度约为地球表面重力加速度的
,地球表面重力加速度取10m/s2.假定将环月卫星的运动视为匀速圆周运动,请根据上述数据判断该报道的真伪,并写出推导判断的过程(
≈2.5,π,3)
正确答案
解:设卫星绕月球表面运行周期为T1,卫星绕地球表面运行周期为T2,月球和地球表面重力加速度分别为g1和g2,月球和地球半径分别为r1和r2
…①
…②
由得
…③
由②得 s=4.8×103s…④
代入③得 T1=6000s>3600s…⑤
可见不可能发射周期小于6000s的环月卫星.
答:报道是错误的.
解析
解:设卫星绕月球表面运行周期为T1,卫星绕地球表面运行周期为T2,月球和地球表面重力加速度分别为g1和g2,月球和地球半径分别为r1和r2
…①
…②
由得
…③
由②得 s=4.8×103s…④
代入③得 T1=6000s>3600s…⑤
可见不可能发射周期小于6000s的环月卫星.
答:报道是错误的.
“神州五号”载人飞船在绕地球飞行的第5圈进行变轨,由原来的椭圆轨道变成距地面高度为h的圆形轨道,已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,试求“神州五号”载人飞船在上述圆轨道运行的周期T(用题中所给字母表示).
正确答案
解:设地球质量为M,飞船质量为m,速度为v,圆轨道的半径为r,由万有引力和牛顿第二定律得:
…①
…②
在地面附近:…③
由已知条件可知:r=R+h…④
联立以上式子解得:…⑤
答:“神州五号”载人飞船在上述圆轨道运行的周期为
解析
解:设地球质量为M,飞船质量为m,速度为v,圆轨道的半径为r,由万有引力和牛顿第二定律得:
…①
…②
在地面附近:…③
由已知条件可知:r=R+h…④
联立以上式子解得:…⑤
答:“神州五号”载人飞船在上述圆轨道运行的周期为
两个星球组成双星,它们在相互之间的万有引力作用下,绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动,现测得两星中心距离为R,其运动周期为T,若万有引力恒量为G,则两星的总质量为( )
正确答案
解析
解:设两星质量分别为M1和M2,都绕连线上O点作周期为T的圆周运动,星球1和星球2到O的距离分别为l1和l2.
由万有引力定律提供向心力:
对 M1:…①
对M2:…②
由几何关系知:R1+R2=R…③
三式联立解得:M总=
即两星的总质量为.
故A正确、BCD错误.
故选:A.
俄罗斯“和平号”轨道空间站因超期服役和缺乏维持继续在轨道运行的资金,俄政府于2000年底作出了将其坠毁的决定,坠毁过程分两个阶段,首先使空间站进入无动力自由运动状态,因受高空稀薄空气阻力的影响,空间站在绕地球运动的同时缓慢向地球靠近,2001年3月,当空间站下降到距地球320km高度时,再由俄地面控制中心控制其坠毁.“和平号”空间站已于2001年3月23日顺利坠入南太平洋预定海域.在空间站自由运动的过程中
①角速度逐渐减小 ②线速度逐渐减小 ③加速度逐渐增大
④周期逐渐减小 ⑤机械能逐渐增大
以上叙述正确的是( )
正确答案
解析
解:根据推论公式ω=,由于r不断减小,故角速度增加,①错误;
根据推论公式v=,由于r不断减小,故线速度不断增加,②错误;
根据推论公式a=,由于r不断减小,故加速度不断增加,③正确;
根据推论公式T=2π,由于r不断减小,故周期不断减小,④正确;
因受高空稀薄空气阻力的影响,机械能不断减小,⑤错误;
故选:D.
火星探测器“勇气”号经过长时间飞行到达火星附近,成为一颗绕火星做圆周轨道运动的卫星.设“勇气”号距火星表面的高度为h,做匀速圆周运动的周期为T.已知火星的球体半径为R,引力常量为G.
求:(1)火星的质量M;
(2)火星的密度ρ;
(3)火星表面的重力加速度g.
正确答案
解:(1)探测器的万有引力等于向心力,故:
G=m(
)2(R+h)
解得:
M=
(2)密度=
(3)由重力等于万有引力,有:
mg=m()2(R+h)
解得:
g=
答:(1)火星的质量M为;
(2)密度
(3)火星表面的重力加速度g为
解析
解:(1)探测器的万有引力等于向心力,故:
G=m(
)2(R+h)
解得:
M=
(2)密度=
(3)由重力等于万有引力,有:
mg=m()2(R+h)
解得:
g=
答:(1)火星的质量M为;
(2)密度
(3)火星表面的重力加速度g为
荡秋千是同学们喜爱的一项体育活动.随着科技的迅速发展,将来的某一天,你也许会在火星上享受荡秋千的乐趣.假设火星的质量为M,半径为R.荡秋千过程中可将人视为质点,秋千质量不计,绳长不变,万有引力常量为G.求:
(1)火星的第一宇宙速度v1是多少?
(2)火星表面附近的重力加速度g是多少?
(3)若你的质量是m,秋千的绳长l,你经过最低点的速度大小为v,此时踏板对你的支持力多大?
正确答案
解:(1)设质量为m的卫星绕火星表面飞行速度为v,万有引力提供向心力,有:
得:v=
(2)设物体的质量为m,在火星球表面重力加速度为g,有:
得:g=
(3)秋千经过最低点时,速度为v,从最高点到最低点机械能守恒,有:
mgl(1-cosθ)=
在最低点,据牛顿第二定律,有:
N-mg=m
解得:N=
答:(1)火星的第一宇宙速度是;
(2)火星表面附近的重力加速度g是;
(3)此时踏板对你的支持力为.
解析
解:(1)设质量为m的卫星绕火星表面飞行速度为v,万有引力提供向心力,有:
得:v=
(2)设物体的质量为m,在火星球表面重力加速度为g,有:
得:g=
(3)秋千经过最低点时,速度为v,从最高点到最低点机械能守恒,有:
mgl(1-cosθ)=
在最低点,据牛顿第二定律,有:
N-mg=m
解得:N=
答:(1)火星的第一宇宙速度是;
(2)火星表面附近的重力加速度g是;
(3)此时踏板对你的支持力为.
地球可视为球体,其自转周期为T,在它的两极处,用弹簧秤测得一物体重为P;在赤道上,用弹簧秤测得同一物体重为0.9P,已知引力常量为G,则地球的平均密度是多少?
正确答案
解:设地球质量为M,半径为R,由于两极处物体的重力等于地球对物体的万有引力,即 ①
在赤道上,地球对物体的万有引力和弹簧秤对物体的拉力的合力提供向心力,则有 ②
联立①②
解得
地球平均密度=
.
答:地球的平均密度为.
解析
解:设地球质量为M,半径为R,由于两极处物体的重力等于地球对物体的万有引力,即 ①
在赤道上,地球对物体的万有引力和弹簧秤对物体的拉力的合力提供向心力,则有 ②
联立①②
解得
地球平均密度=
.
答:地球的平均密度为.
所谓“双星”就是两颗相距较近的恒星,必须各自以一定的速率绕它们连线上某一点转动,才不至由于万有引力而吸在一起.已知某“双星”中两颗恒星的质量分别为m1和m2,相距为L.则它们的轨道半径之比r1:r2=______,它们转动的周期为______.
正确答案
m2:m1
解析
解:设“双星”的周期为T,根据牛顿第二定律得
对星1:G… ①
对星2:G…②
由①:②得r1:r2=m2:m1
又因为r1+r2=L
可得:
代入①得:T=
故答案为:m2:m1,
已知引力常量G和下列各组数据,能计算出地球质量的是( )
正确答案
解析
解:A、地球绕太阳做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
r,解得:M=
,地球绕太阳运行的周期T及地球离太阳的距离r,可以求出太阳的质量M而不能求出地球质量m,故A错误;
B、人造地球卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
r,解得:M=
,已知人造地球卫星在地面附近运行的周期T和轨道半径r,可以求出地球的质量M,故B正确;
C、人造地球卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m
,解得:M=
,已知人造地球卫星在地面附近运行的线速度r和轨道半径r,可以求出地球的质量M,故C正确;
D、若不考虑地球自转,地球表面的物体受到的重力等于万有引力,即:G=mg,解得:M=
,已知地球的半径R及地球表面的重力加速度g,可以求出地球质量,故D正确;
故选:BCD.
有一宇宙飞船到了某行星上(该行星没有自转运动),以速度v接近行星表面匀速飞行,测出运动的周期为T,已知引力常量为G,则可得( )
正确答案
解析
解:A.根据周期与线速度的关系T=可得:R=
,故A正确;
C.根据万有引力提供向心力可得:M=
,故C错误;
B.由M=πR3•ρ得:ρ=
,故B正确;
D.行星表面的万有引力等于重力,=mg得:g=
,故D错误.
故选:AB
某火箭内的实验平台上放有测试仪器,火箭启动以后以a=g/2匀加速竖直上升,升至某高度时,测试仪器对平台的压力为火箭启动前对平台压力的17/18,则此时火箭距离地面的高度为h=______km(地球半径R=6400km)
正确答案
3200
解析
解:启动前,仪器是在地面处,则有:
FN1=F1=
到达待求高度时仪器受到地球引力设为F2,则:
F2=
设此时平台支持力为FN2,对仪器由牛顿第二定律有:
FN2-F2=m
由题给条件:
FN2=FN1=
mg
由以上各式可得
解得h==3.2×103 km.
故答案为:3200.
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