- 万有引力与航天
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把太阳系各行星的运动近似看作匀速圆周运动,则离太阳越远的行星( )
正确答案
解析
解:设太阳质量为M,行星质量为m,轨道半径为r,
根据万有引力提供向心力得
=
=
=mω2r=ma
A、周期T=2π,离太阳越远,轨道半径r越大,周期越大,故A正确;
B、线速度v=,离太阳越远,轨道半径r越大,线速度越小,故B正确;
C、角速度ω=,离太阳越远,轨道半径r越大,角速度越小,故C错误;
D、加速度a=,离太阳越远,轨道半径r越大,加速度越小,故D错误;
故选:AB.
某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆.每过N年,该行星会运行到日地连线的延长线上,如图所示.该行星与地球的公转半径比为( )
正确答案
解析
解:A、B、C、D:由图可知行星的轨道半径大,那么由开普勒第三定律知其周期长.每过N年,该行星会运行到日地连线的延长线上,说明从最初在日地连线的延长线上开始,每一年地球都在行星的前面比行星多转圆周的N分之一,N年后地球转了N圈,比行星多转1圈,即行星转了N-1圈,从而再次在日地连线的延长线上.所以行星的周期是年,根据开普勒第三定律有
,即:
=
=
,所以,选项A、C、D错误,选项B正确.
故选:B.
我们研究了开普勒第三定律,知道了行星绕恒星的运动轨道近似是圆形,周期T的平方与轨道半径 R的三次方的比为常数,则该常数的大小( )
正确答案
解析
解:开普勒第三定律中的公式=K,
式中的k只与恒星的质量有关,与行星质量无关,故A正确,BCD错误
故选A.
开普勒行星运动三定律不仅适用于行星绕太阳运动,也适用卫星绕行星的运动.某一人造卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为月球绕地球轨道半径的,此卫星绕地球运行的周期是( )
正确答案
解析
解;根据G=mr(
)2得,T=
则卫星与月球的周期之比为=
=
.
月球绕地球运行周期大约为27天,
则卫星的周期为T星═5.77 天.故B正确,A、C、D错误.
故选:B.
把太阳系各行星的运动近似看作匀速圆周运动,比较各行星周期,则离太阳越远的行星( )
正确答案
解析
解:设太阳质量为M,行星质量为m,轨道半径为r,
由牛顿第二定律得:,得
,即则离太阳越远的行星,周期越大.故B正确,ACD错误.
故选:B.
开普勒第三定律表达式为______;已知火星公转的轨道半径是地球公转半径的1.5倍,根据开普勒第三定律可得火星的公转周期是______年(取2位小数).
正确答案
1.84
解析
解:开普勒第三定律,也称周期定律:是指绕以太阳为焦点的椭圆轨道运行的所有行星,其椭圆轨道半长轴的立方与周期的平方之比是一个常量.
即
已知火星公转的轨道半径是地球公转半径的1.5倍,
=
解得火星的公转周期是1.84年,
故答案为:,1.84
火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行,根据开普勒行星运动定律可知( )
正确答案
解析
解:A、第二定律:对每一个行星而言,太阳行星的连线在相同时间内扫过的面积相等.行星在此椭圆轨道上运动的速度大小不断变化,故A错误;
B、若行星的公转周期为T,则,常量K行星无关,与中心天体有关,故B正确;
C、第一定律的内容为:所有行星分别沿不同大小的椭圆轨道绕太阳运动,太阳处于椭圆的一个焦点上,故C错误;
D、第二定律:对每一个行星而言,太阳行星的连线在相同时间内扫过的面积相等,是对同一个行星而言,故D错误;
故选:B.
开普勒第三定律指出:所有的行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在______,所有行星的轨道的______三次方跟______的二次方的比值都相等,其表达式为______.
正确答案
椭圆焦点
半长轴
公转周期
解析
解:开普勒认为:所有的行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上,即开普勒第一定律.
开普勒第三定律:所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等,其表达式为
故答案为:椭圆焦点;半长轴;公转周期,
木星和地球环绕太阳的运动都可看成匀速圆周运动,已知木星的公转周期为12年,光从太阳到地球大约需要500秒,则光从太阳到木星需要的时间最接近的是( )
正确答案
解析
解:根据,
得:
T=.木星和地球的周期比为12:1,所以轨道半径比大约接近5:1,所以时间大约是光从太阳到地球时间的5倍,大约2500秒,故A正确,BCD错误.
故选:A.
如图所示为一卫星绕地球运行的轨道示意图,O点为地球球心,R为地球的半径.已知引力常量为G,地球质量为M,OA=R,OB=4R,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:卫星在圆轨道运行时,万有引力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:G=m
=ma
解得:v=,a=
A、卫星经过椭圆轨道的A点时,r=R,万有引力小于向心力,故做离心运动,故:v>,A错误;
B、卫星经过椭圆轨道的B点时,r=4R,万有引力小于向心力,故做向心运动,故:v<,故C正确;
C、根据牛顿第二定律,卫星在A点的加速度:aA=,故B错误;
D、根据牛顿第二定律,卫星在B点的加速度aB=,故D错误;
故选:C.
设行星绕恒星的运动轨道是圆,则其运行周期T的平方与其运行轨道半径R的三次方之比为常数,即=K.那么K的大小( )
正确答案
解析
解:A、式中的k只与恒星的质量有关,与行星质量无关,故A错误;
B、式中的k只与恒星的质量有关,故B正确;
C、式中的k只与恒星的质量有关,与行星质量无关,故C错误;
D、式中的k只与恒星的质量有关,与行星速率无关,故D错误;
故选:B.
绕太阳运行的除八大行星外,还有许多小行星和矮行星(如冥王星)等,它们的轨迹都可粗略地认为是圆,各星球半径和轨道半径的大小如下表所示:
从表中所立数据可以估算出冥王星的公转周期约为______ 年.
正确答案
解:从表格中查得冥王星和地球的轨道半径,应用开普勒第三定律求解.
根据开普勒第三定律有:
从表格中查得数据代入求得 冥王星的公转周期
≈247年
故答案为:247
解析
解:从表格中查得冥王星和地球的轨道半径,应用开普勒第三定律求解.
根据开普勒第三定律有:
从表格中查得数据代入求得 冥王星的公转周期
≈247年
故答案为:247
某行星绕太阳运动轨迹如图所示,图中A、B为椭圆轨迹的两个焦点,太阳位于A处,a为近日点,c为远日点,O为椭圆的几何中心,则行星( )
正确答案
解析
解:A、B:根据开普勒第二定律,也称面积定律:在相等时间内,太阳和运动着的行星的连线所扫过的面积都是相等的. 由扇形面积S=lr知半径长的对应的弧长短,由v=
知行星离太阳较远时速率小,较近时速率大.即行星在近日点的速率大,远日点的速率小.故A错误、B正确.
C、在a处速度方向与Oa垂直,即向心力指向A,而万有引力也是指向A,万有引力等于向心力.故C正确.
D、在b处的向心加速度与速度方向垂直指向O,用来改变速度的方向.但切向还有加速度,使得速度的大小在变小,即改变速度的大小.故b处的实际加速度方向不是指向O.根据牛顿第二定律,合力决定加速度,所以b处的加速度直线A.故D错误.
故选BC.
地球的公转轨道接近圆,但彗星的运动轨道则是一个非常扁的椭圆.天文学家哈雷曾经在1682年跟踪过一颗彗星,他算出这颗彗星轨道的半长轴约等于地球公转半径的18倍(如图),并预言这颗彗星将每隔一定时间就会出现.哈雷的预言得到证实,该彗星被命名为哈雷彗星.哈雷彗星最近出现的时间是1986年,请你根据开普勒行星运动第三定律估算,它下次飞近地球将在哪一年?
正确答案
解:设彗星的周期为T1,地球的公转周期为T2,这颗彗星轨道的半长轴约等于地球公转半径的18倍,由开普勒第三定律=C得:
=
=
≈76.所以1986+76=2062年.
答:它下次飞近地球将在2062年.
解析
解:设彗星的周期为T1,地球的公转周期为T2,这颗彗星轨道的半长轴约等于地球公转半径的18倍,由开普勒第三定律=C得:
=
=
≈76.所以1986+76=2062年.
答:它下次飞近地球将在2062年.
若地球经过近日点和远日点时,速率分别为v1、v2,受到太阳的万有引力分别为F1、F2,则( )
正确答案
解析
解:A、万有引力F=,所以万有引力F1>F2.故A正确,B错误
C、根据开普勒第二定律,也称面积定律:在相等时间内,太阳和运动着的行星的连线所扫过的面积都是相等的. 所以速度υ1>υ2.故CD错误
故选A.
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