- 万有引力与航天
- 共16469题
(2015秋•石景山区期末)“神舟十号”飞船发射后,经过多次变轨进入距地面高度为h的圆形轨道.已知飞船质量为m,地球半径为R,地球表面的重力加速度为g.设飞船进入圆形轨道后运动时的动能为EK,则( )
正确答案
解析
解:飞船绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,有:
,
得:v=,
又因为在地球表面上物体受到的重力等于万有引力为:
,
得:GM=R2g,
解得:v=
故飞船的动能为:
选项A正确,BCD错误.
故选:A
金星的半径是地球的0.9倍,质量为地球的0.8倍,已知地球表面重力加速度为9.8m/s2,地球的第一宇宙速度为7.9km/s,则
(1)金星表面的自由落体加速度是多大?
(2)金星的“第一宇宙速度”是多大?(已知≈1.4,结果均保留两位有效数字)
正确答案
解:(1)万有引力等于重力,即:G=mg,解得:g=
,
=
=
=
=
,g金=
g地≈9.68m/s2;
(2)万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:
G=m
,解得:v=
,
=
=
=
,
v金=v地≈7.37km/s;
答:(1)金星表面的自由落体加速度是9.68m/s2;
(2)金星的“第一宇宙速度”是7.37km/s.
解析
解:(1)万有引力等于重力,即:G=mg,解得:g=
,
=
=
=
=
,g金=
g地≈9.68m/s2;
(2)万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:
G=m
,解得:v=
,
=
=
=
,
v金=v地≈7.37km/s;
答:(1)金星表面的自由落体加速度是9.68m/s2;
(2)金星的“第一宇宙速度”是7.37km/s.
两个靠近的天体称为双星,它们以两者连线上某点O为圆心做匀速圆周运动,其质量分别为m1、m2,如图所示,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、双星结构稳定,间距恒定,故它们的角速度相等,故A正确;
B、设两星之间的距离为L,则有:
G=m1ω2r1 ①
G=m2ω2r2 ②
联立①②可得:m1r1=m2r2,即轨道半径和质量成反比,故B正确;
C、由万有引力公式可知F=G,向心力与质量的乘积成正比,故C错误.
D、由①②两式解得:
m1ω2r1=m2ω2r2
故:m1r1=m2r2,故轨道半径与质量成反比,故D错误;
故选:AB.
2007年11月5日,“嫦娥一号”探月卫星沿地月转移轨道到达月球,在距月球表面200km 的P点进行第一次“刹车制动”后被月球俘获,进人椭圆执道Ⅰ绕月飞行.然后,卫星在P点又经过两次“刹车制动”,最终在距月球表面200km的形轨道Ⅲ上绕月球做匀速圆周运动,如图所示,则卫星在轨道Ⅲ上运动的周期______沿轨道Ⅰ运动的周期;卫星在轨道上Ⅲ运动的加速度______沿轨道Ⅰ运动到P点(尚未制动)时的加速度.(填“大于”、“小于”或“等于”)
正确答案
小于
等于
解析
解:根据开普勒第三定律得,=C,知卫星在轨道Ⅲ上运动的半径小于在轨道I运动的半长轴,则卫星在轨道Ⅲ上运动的周期比沿轨道I运动的周期短;
卫星在轨道Ⅲ上P点的所受的万有引力等于在轨道I运动到P点的万有引力,根据牛顿第二定律,知加速度相等;
故答案为:小于,等于.
已知太阳光从太阳射到地球需要500s,地球公转轨道可近似认为是圆轨道.地球的半径为6.4×103km.试估算太阳的质量M和地球的质量m之比.(取2位有效数字)
正确答案
解:太阳光从太阳到地球需要500s,故可知地球公转轨道半径r=ct=3×108×500m=1.5×1011m
地球公转周期T=365d=365×24×3600s
根据万有引力提供地球公转向心力
可得太阳质量M=
地球表面重力加速度为g=10m/s2,地球半径R=6.4×103×103m=6.4×106m
根据万有引力与重力相等可得地球质量m=
所以:
答:太阳质量和地球质量之比为:3.3×105:1
解析
解:太阳光从太阳到地球需要500s,故可知地球公转轨道半径r=ct=3×108×500m=1.5×1011m
地球公转周期T=365d=365×24×3600s
根据万有引力提供地球公转向心力
可得太阳质量M=
地球表面重力加速度为g=10m/s2,地球半径R=6.4×103×103m=6.4×106m
根据万有引力与重力相等可得地球质量m=
所以:
答:太阳质量和地球质量之比为:3.3×105:1
如图半径为R的大球O被内切地挖去半径为
的小球O′,余下部分均匀地带有电荷量Q.今在两球球心连线OO′的延长线上,距大球球心O的距离为r(r>R)处放置一个点电荷q,求q所受的力.你可以不必进行复杂的计算,而是根据所学的物理知识和物理方法进行分析,从而判断下列解中正确的是( )
正确答案
解析
解:先求出整个大球与挖去小球的体积关系,由于挖去小球均匀地带有电荷量Q,所以可以求得原来大球带有的电荷量为8Q,则此时大球与点电荷间的作用力为,挖去的小球球心离点电荷q距离为
,小球带电荷量为Q,则小球与点电荷间的作用力为
,原先大球与点电荷的作用力为
,现挖去一小球后减小的作用力为
,故大球余下部分与点电荷间的作用力为两者之差即为:
-
,整理可得C选项正确.
故选:C
“嫦娥一号”是我国月球探测“绕、落、回”三期工程的第一个阶段,也就是“绕”.发射过程中为了防止偏离轨道,卫星先在近地轨道绕地球3周,再经长途跋涉进入月球的近月轨道绕月飞行,已知月球表面的重力加速度约为地球表面重力加速度的,月球半径约为地球半径的
,则以下说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在近地轨道人造卫星的重力等于向心力,有:
mg=m
解得:
T=2π
已知月球表面的重力加速度约为地球表面重力加速度的,月球半径约为地球半径的
,故:
故A错误;
B、在星球表面,重力等于万有引力,已知月球表面的重力加速度约为地球表面重力加速度的,故探测器在月球表面附近所受月球的引力为在地球表面所受的地球的引力
,故B错误;
C、在近地轨道人造卫星的重力等于向心力,有:
mg=m
解得:
v=
已知月球表面的重力加速度约为地球表面重力加速度的,月球半径约为地球半径的
,故探测器在月球表面附近运行时的速度小于地球表面的第一宇宙速度,即小于7.9km/s,故C正确;
D、在星球表面,重力等于万有引力,有:
mg=
其中:M=
故:
由于,故月球平均密度约为地球平均密度的
倍,故D错误;
故选:C.
我国月球探测活动的第一步“绕月”工程和第二步“落月”工程已按计划在2013年以前顺利完成.假设月球半径为R,月球表面的重力加速度为g0,飞船沿距月球表面高度为3R的圆形轨道Ⅰ运动,到达轨道的A点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ,到达轨道的近月点B时再次点火进入月球近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动,下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、飞船从A到B的过程中只有万有引力做功,机械能守恒,故A错误.
B、飞船在A点从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ,需减速,使得万有引力大于向心力,做近心运动,所以动能减小,故B错误.
C、根据得,飞船的运行速率v=
,又GM=
,则v=
.故C正确.
D、根据得,飞船在轨道Ⅲ上的周期T=
,又GM=
,解得T=
,故D错误.
故选:C.
组成星球的物质是靠引力吸引在一起的,这样的星球有一个最大的自转速率.如果超过了该速率,星球的万有引力将不足以维持其赤道附近的物体做圆周运动.若半径为R、密度为ρ、质量为M且均匀分布的星球的最小自转周期为T,则最小自转周期T应满足( )
正确答案
解析
解:由F=mR可得周期越小,物体需要的向心力越大,物体对星球表面的压力最小,
当周期小到一定值时,压力为零,此时万有引力充当向心力,即:G=m
R
解得:T=2π,因M=ρ
πR3,代入上式可得:T=
;
故选D.
一行星绕恒星做匀速圆周运动,由天文观测可得,其运行周期为T,速度为v,已知引力常量为G,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、因v=ωr=,所以r=
,故A错误;
B、行星的加速度a=ωv=,故B正确.
C、根据半径r,结合万有引力定律公式=
,可解得恒星的质量M=
,故C错误;
D、ρ==
,求密度需要知道恒星的半径,R≠r,故D错误.
故选:B.
随着我国探月三步走计划的实现,中华儿女到月球上去旅游不再是梦想,将来有一天你可能会成功登上月球.若考虑月球自转,设其自转周期为T.用弹簧测力计在月球赤道测得某物体的重量为在其两极时的k倍(k<1).假设月球可视为质量分布均匀的球体,引力常量为G.求月球的密度ρ
正确答案
解:设月球的质量为M月,半径为R,被测物体的质量为m,在两极测得物体的重量为P,
在两极P=,
在赤道,
月球的体积,
月球的密度,
联立解得.
答:月球的密度为.
解析
解:设月球的质量为M月,半径为R,被测物体的质量为m,在两极测得物体的重量为P,
在两极P=,
在赤道,
月球的体积,
月球的密度,
联立解得.
答:月球的密度为.
(2015秋•漳州月考)2014年10月24日02时00分,我国自行研制的探月工程三期再人返回飞行试验器,在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭发射升空,我国探月工程首次实施的再入返回飞行试验首战告捷.假设月球是一个质量为M,半径为R的均匀球体.万有引力常数为C,下列说法错误的是( )
正确答案
解析
解:A、在月球上发射一颗环绕其表面运行的卫星,根据万有引力提供向心力得:
,
它的最小周期为:
,
故A正确;
B、第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,也是最大的圆周运动的环绕速度;根据万有引力提供向心力得:
,
得:
,
故B错误;
C、忽略月球自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式:
解得:
g=
在月球上以初速度v0竖直上抛一个物体,物体落回到抛出点所用时间:
t==
,
故C错误;
D、物体上升的最大高度:
h==
,
故D错误.
本题选错误的,故选:BCD
(2015秋•衡水校级期末)北斗增强系建成后,将可以为中国境内的用户提供分米级的定位服务,部分地球甚至可以达到厘米级,目前该系统的导航卫星正在不断组建中,该系统的某颗卫星处于地球同步轨道,假设卫星的质量为m,离地高度为h,地球半径为R,地面附近重力加速度为g,则有( )
正确答案
解析
解:A、卫星加速后的速度增大,需要的向心力增大,但地球提供的向心力不变,所以卫星开始做离心运动,运动的轨道将增大.故A错误;
B、由ma=得:a=
…①
又 GM=gR2…②
则:a==
.故B错误;
C、由 可得:
=
.故C错误;
D、卫星的动能:…③
而线速度:v==
…④
由③④式可得:EK==
,故D正确.
故选:D
1969年7月21日,美国宇航员阿姆斯特朗在月球上烙下人类第一只脚印,迈出了人类征服宇宙的一大步.在月球上,阿姆斯特朗和同伴奥尔德林用弹簧秤测出质量为m的仪器的重力为F,而另一位宇航员科林斯驾驶指令舱,在月球表面附近飞行一周,记下时间为T.试根据这些数据,写出月球质量的表达式______.
正确答案
M=
解析
解:设月球质量为M,半径为 R,表面重力加速度为g,由题意有F=mg=.
宇航员科林斯驾驶指令舱绕月球运动的向心加速度a月=g==
R
从以上两式解得M=
故答案为:M=.
(2015秋•益阳校级期末)神州十号载人飞船于2013年6月11日发射成功,若图中a代表绕地球飞行的神十飞船,b代表绕地球飞行的一颗卫星,则两者环绕速度和周期的大小关系正确的是( )
正确答案
解析
解:根据万有引力等于向心力,得
G=m
=m
r
得 v=,T=2π
则飞船的轨道半径越大,线速度越小,周期越大,所以有Va>Vb,Ta<Tb.
故选:B
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