- 万有引力与航天
- 共16469题
美国一家科技公司整了一个“外联网”计划,准备发射数百个小卫星,向全国提供免费WIFI服务.若这些小卫星运行时都绕地心做匀速圆周运动,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、发生的速度大小与小卫星的质量无关,故A错误.
B、小卫星的轨道越高,发射时克服引力做功越多,则发射的速度越大,故B正确.
C、根据知,周期T=
,小卫星的轨道半径越大,周期越大,故C正确.
D、小卫星在轨道上做匀速圆周运动时,受到的万有引力大小不变,向心加速度的大小不变,方向时刻改变,故D错误.
故选:BC.
已知G,M,r,求公式V=______; 已知G,T,r,求M=______.
正确答案
解析
解:根据得:v=
;
根据得:M=
.
故答案为:,
.
一艘宇宙飞船绕一个不知名的行星表面飞行,要测定该行星的密度,仅仅需要测定( )
正确答案
解析
解:根据密度公式得:ρ==
,
根据根据万有引力提供向心力,列出等式:向心力得:
=
近表面飞行可知r=R
得:M=代入密度公式得:ρ=
,故A正确.
故选:A.
某行星自转角速度为ω0,一颗低轨道卫星环绕该行星做匀速圆周运动,若已知卫星的线速度v,向心加速度a和万有引力常量G,则由此可推算出( )
正确答案
解析
解:A、根据匀速圆周运动线速度与角速度的关系式a=可求出轨道半径r=
,故A正确;
B、再根据公式T==
,由于低轨道卫星的角速度不一定等于自转的角速度,故B错误;
C、根据万有引力充当向心力知G=ma,由于低轨道可以认为R=r,故M=
=
=
,故C正确;
D、由=mω2r知r同步=
,又v=ω0r同步=
,故D正确;
故选:ACD
地球质量大约是月球质量的81倍,一飞行器在地球和月球之间,当地球对它的引力和月球对它的引力相等时,此飞行器距地心距离与距月心距离之比为( )
正确答案
解析
解:设月球质量为M,地球质量就为81M.
飞行器距地心距离为r1,飞行器距月心距离为r2 .
由于地球对它的引力和月球对它的引力相等,根据万有引力定律得:
=
=
=9
故选D.
如图所示,在半径为R,质量分布均匀的某星球表面,有一倾角为θ的斜坡.以初速度v0向斜坡水平抛出一个小球.测得经过时间t,小球垂直落在斜坡上的C点.(不计空气阻力)求:
(1)小球落到斜坡上时的速度大小v;
(2)该星球表面附近的重力加速度g;
(3)卫星在离星球表面为R的高空绕星球做匀速圆周运动的角速度ω
正确答案
解::(1)小球做平抛运动,由速度的合成与分解图可知
(2)由图可知
vy=gt
(3)根据万有引力等于重力得:=mg,
据万有引力提供向心力,列出等式,=mω2r,r=2R
解得:
答:(1)小球落到斜坡上时的速度大小;
(2)该星球表面附近的重力加速度;
(3)卫星在离星球表面为R的高空绕星球做匀速圆周运动的角速度.
解析
解::(1)小球做平抛运动,由速度的合成与分解图可知
(2)由图可知
vy=gt
(3)根据万有引力等于重力得:=mg,
据万有引力提供向心力,列出等式,=mω2r,r=2R
解得:
答:(1)小球落到斜坡上时的速度大小;
(2)该星球表面附近的重力加速度;
(3)卫星在离星球表面为R的高空绕星球做匀速圆周运动的角速度.
地球赤道上的某城市N想实施一个“人造月亮“计划,在地球同步卫星上用一面平面镜将太阳光反射到地球上,使这座城市在午夜有“日出”时的效果.若此时的N城正是盛夏季节,地球的半径为R,其自转周期为T,地球表面重力加速度为g,太阳在非常遥远的地方.求:地球同步卫星离地心的距离.
正确答案
解:设地球质量为M,卫星质量为m,地球同步卫星离地心的距离为h,则同步卫星所受万有引力等于向心力,有:
G=m
在地球表面上引力等于重力,有::=mg
故地球同步卫星离地心的距离为:h=
答:地球同步卫星离地心的距离为.
解析
解:设地球质量为M,卫星质量为m,地球同步卫星离地心的距离为h,则同步卫星所受万有引力等于向心力,有:
G=m
在地球表面上引力等于重力,有::=mg
故地球同步卫星离地心的距离为:h=
答:地球同步卫星离地心的距离为.
“神九”载人飞船与天宫一号成功对接和“蛟龙”号下潜突破7000米,双双入围2012年中国十大科技进展新闻.假设地球是一半径为R、质量分布均匀的球体.已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零.若“蛟龙”下潜深度为d,天宫一号轨道距离地面高度为h,则“蛟龙”号所在处与“天宫一号”所在处的重力加速度大小之比为( )
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: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,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g′=πGρ(R-d).
所以有=
.
根据万有引力提供向心力=ma,“天宫一号”的加速度a=
,
所以=
,
所以=
,故D正确,A、B、C错误.
故选:D
探月卫星的发射过程可简化如下:首先进入绕地球运行的“停泊轨道”,在该轨道的P处通过变速在进入地月“转移轨道”,在快要到达月球时,对卫星再次变速,卫星被月球引力“俘获”后,成为环月卫星,最终在环绕月球的“工作轨道”上绕月飞行(视为圆周运动),对月球进行探测.已知“工作轨道”周期为T,距月球表面的高度为h,月球半径为R,引力常量为G,忽略其它天体对探月卫星在“工作轨道”上环绕运动的影响.
(1)要使探月卫星从“转移轨道”进入“工作轨道”,应增大速度还是减小速度?
(2)求探月卫星在“工作轨道”上环绕的线速度大小;
(3)求月球的第一宇宙速度.
正确答案
解:(1)要使探月卫星从“转移轨道”进入“工作轨道”,应减小速度做近心运动.
(2)根据线速度与轨道半径和周期的关系可知探月卫星线速度的大小为
(3)设月球的质量为M,探月卫星的质量为m,月球对探月卫星的万有引力提供其做匀速圆周运动的向心力,
所以有:
月球的第一宇宙速度v1等于“近月卫星”的环绕速度,设“近月卫星”的质量为m′,则有:
由以上两式解得:
答:(1)要使探月卫星从“转移轨道”进入“工作轨道”,应减小速度.
(2)探月卫星在“工作轨道”上环绕的线速度大小为.
(3)月球的第一宇宙速度为.
解析
解:(1)要使探月卫星从“转移轨道”进入“工作轨道”,应减小速度做近心运动.
(2)根据线速度与轨道半径和周期的关系可知探月卫星线速度的大小为
(3)设月球的质量为M,探月卫星的质量为m,月球对探月卫星的万有引力提供其做匀速圆周运动的向心力,
所以有:
月球的第一宇宙速度v1等于“近月卫星”的环绕速度,设“近月卫星”的质量为m′,则有:
由以上两式解得:
答:(1)要使探月卫星从“转移轨道”进入“工作轨道”,应减小速度.
(2)探月卫星在“工作轨道”上环绕的线速度大小为.
(3)月球的第一宇宙速度为.
在某星球表面距地10m高处将物体以8m/s水平抛出,落地时的水平距离为16m.求:
(1)星球表面的重力加速度g.
(2)若星球的半径为5000km,该星球的第一宇宙速度.
正确答案
解:(1)物体做平抛运动,水平方向上做匀速直线运动,则 t==
=2s
在竖直方向上做自由落体运动,根据h=gt2,得 g=
=
=5m/s2.
(2)根据重力提供向心力,得 mg=m
则得该星球的第一宇宙速度 v1==
=5×103m/s
答:(1)星球表面的重力加速度g是5m/s2.
(2)若星球的半径为5000km,该星球的第一宇宙速度是5×103m/s.
解析
解:(1)物体做平抛运动,水平方向上做匀速直线运动,则 t==
=2s
在竖直方向上做自由落体运动,根据h=gt2,得 g=
=
=5m/s2.
(2)根据重力提供向心力,得 mg=m
则得该星球的第一宇宙速度 v1==
=5×103m/s
答:(1)星球表面的重力加速度g是5m/s2.
(2)若星球的半径为5000km,该星球的第一宇宙速度是5×103m/s.
继神秘的火星之后,土星也成了世界关注的焦点.经过近7年时间,35亿千米在太空中风尘仆仆的穿行后,美航天局和欧航天局合作研究出的“卡西尼”号土星探测器于美国东部时间2004年6月30日(北京时间7月1日)抵达预定轨道,开始“拜访土星及其卫星家族.这是人类首次针对土星及其31颗已知卫星最详尽的探测.若“卡西尼”号土星探测器进入土星飞行的轨道,在半径为R的土星上空离土星表面高h的圆形轨道上绕土星飞行,环绕n周飞行时间为t.引力常量为G,求:
(1)土星的质量.
(2)试推导土星的第一宇宙速度表达式,并用以上数据表示结果.
正确答案
解:(1)根据万有引力提供向心力G=m
(R+h)
解得:M土=;
(2)“卡西尼”绕土星表面匀速圆周运动:G=m
,
所以第一宇宙速度v=;
答:
(1)土星的质量为.
(2)土星的第一宇宙速度表达式为.
解析
解:(1)根据万有引力提供向心力G=m
(R+h)
解得:M土=;
(2)“卡西尼”绕土星表面匀速圆周运动:G=m
,
所以第一宇宙速度v=;
答:
(1)土星的质量为.
(2)土星的第一宇宙速度表达式为.
“嫦娥奔月”的过程可以简化为:“嫦娥一号”升空后,绕地球沿椭圆轨道运动,远地点A距地面高为h1,在远地点时的速度为v,然后经过变轨被月球捕获,再经多次变轨,最终在距离月球表面高为h2的轨道上绕月球做匀速圆周运动.
(1)已知地球半径为R1、表面的重力加速度为g0,求“嫦娥一号”在远地点A处的万有引力产生的加速度a的大小;
(2)已知月球的质量为M、半径为R2,引力常量为G,求“嫦娥一号”绕月球运动的周期T.
正确答案
解:(1)由牛顿第二定律得:
对嫦娥一号卫星:,
在地球表面的物体,
解得:a=;
(2)月球的万有引力提供向心力,
由牛顿第二定律得:G=m
(R2+h2),
解得,嫦娥一号绕月运动的周期T=2π;
答:(1)“嫦娥一号”在远地点A处的万有引力产生的加速度为;
(2)“嫦娥一号”绕月球运动的周期2π.
解析
解:(1)由牛顿第二定律得:
对嫦娥一号卫星:,
在地球表面的物体,
解得:a=;
(2)月球的万有引力提供向心力,
由牛顿第二定律得:G=m
(R2+h2),
解得,嫦娥一号绕月运动的周期T=2π;
答:(1)“嫦娥一号”在远地点A处的万有引力产生的加速度为;
(2)“嫦娥一号”绕月球运动的周期2π.
已知月球质量是地球质量的,月球半径是地球半径的
(1)在月球和地球表面附近,以同样的初速度分别竖直上抛一个物体时,上升的最大高度之比是多少?
(2)在距月球和地球表面相同高度处(此高度较小),以同样的初速度分别水平抛出一个物体时,物体的水平射程之比为多少?
正确答案
解:(1)根据得:g=
,
因为月球质量是地球质量的,月球半径是地球半径的
,则月球表面的重力加速度是地球表面重力加速度的
,
当以相同的初速度竖直向上时,上升的最大高度h=,可知上升的最大高度之比为9:1.
(2)根据h=知,t=
,知平抛运动的时间之比为3:1,
初速度相同,根据x=v0t知,水平射程之比为3:1.
答:(1)上升的最大高度之比为9:1.
(2)物体的水平射程之比为3:1.
解析
解:(1)根据得:g=
,
因为月球质量是地球质量的,月球半径是地球半径的
,则月球表面的重力加速度是地球表面重力加速度的
,
当以相同的初速度竖直向上时,上升的最大高度h=,可知上升的最大高度之比为9:1.
(2)根据h=知,t=
,知平抛运动的时间之比为3:1,
初速度相同,根据x=v0t知,水平射程之比为3:1.
答:(1)上升的最大高度之比为9:1.
(2)物体的水平射程之比为3:1.
火星绕太阳的运动可看作匀速圆周运动,太阳的质量为M,火星的质量为m,火星运动轨迹的半径为r,引力常量为G,火星与太阳间的引力提供火星运动的向心力F=______.已知火星运行的周期为T,试写出太阳质量M的表达式M=______.
正确答案
G
解析
解:火星绕太阳的运动可看作匀速圆周运动,太阳对火星的万有引力提供向心力,为:
F=G
根据牛顿第二定律,有:
G=m(
)2r
解得:
M=
故答案为:G,
.
如图为中国月球探测工程的想象标志,它以中国书法的笔触,勾勒出一轮明月和一双踏在其上的脚印,象征着月球探测的终极梦想.一位勤于思考的同学,为探月宇航员设计了如下实验:在距月球表面高h处以初速度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)环绕月球表面的宇宙飞船的速率是多少?
正确答案
解:(1)物体在月球表面做平抛运动,有
水平方向上:x=v0t
竖直方向上:
解得月球表面的重力加速度:
(2)设月球的质量为M,对月球表面质量为m的物体,根据万有引力等于重力有
解得:
(3)设环绕月球表面飞行的宇宙飞船的速率为v,根据万有引力等于重力则
有
解得:
答:(1)月球表面的重力加速度是;
(2)月球的质量是;
(3)环绕月球表面的宇宙飞船的速率是.
解析
解:(1)物体在月球表面做平抛运动,有
水平方向上:x=v0t
竖直方向上:
解得月球表面的重力加速度:
(2)设月球的质量为M,对月球表面质量为m的物体,根据万有引力等于重力有
解得:
(3)设环绕月球表面飞行的宇宙飞船的速率为v,根据万有引力等于重力则
有
解得:
答:(1)月球表面的重力加速度是;
(2)月球的质量是;
(3)环绕月球表面的宇宙飞船的速率是.
扫码查看完整答案与解析