- 万有引力与航天
- 共16469题
如果太阳系几何尺寸等比例地膨胀,月球绕地球的运动近似为圆周运动,则下列物理量变化正确的是(假设各星球的密度不变)( )
正确答案
解析
解:万有引力提供圆周运动向心力,根据牛顿二定律有:
A、向心加速度,太阳系几何尺寸等比例地膨胀,各星球的密度不变,由于质量与半径的三次方成正比,故表达式中分子增大的倍数更大,故向心加速度增大,所以A错误;
B、向心力,太阳系几何尺寸等比例地膨胀,各星球的密度不变,由于质量与半径的三次方成正比,故表达式中分子增大的倍数更大,故向心力增大.故B正确;
C、周期,太阳系几何尺寸等比例地膨胀,各星球的密度不变,由于质量与半径的三次方成正比,故表达式中分子增大的倍数与分母增大的倍数相同,故公转周期不变,C正确;
D、线速度,太阳系几何尺寸等比例膨胀,各星球的密度不变,由于质量与半径的三次方成正比,故表达式中分子增大的倍数更大,故线速度增大,故D错误.
故选:BC.
某星球的质量约为地球的9倍,半径约为地球的一半,若从地球上高h处平抛一物体,射程为60m,则在该星球上,从同样高度以同样的初速度平抛同一物体,求:
(1)该星球表面的重力加速度g是多少?
(2)射程应为多少?
正确答案
解:(1)根据得,g=
.
因为星球的质量约为地球的9倍,半径约为地球的一半,则.
则星球表面的重力加速度.
(2)根据h=得,t=
,
知平抛运动的时间之比.
根据x=v0t知,水平射程之比.
所以.
答:(1)该星球表面的重力加速度g是360m/s2.
(2)射程应为10m.
解析
解:(1)根据得,g=
.
因为星球的质量约为地球的9倍,半径约为地球的一半,则.
则星球表面的重力加速度.
(2)根据h=得,t=
,
知平抛运动的时间之比.
根据x=v0t知,水平射程之比.
所以.
答:(1)该星球表面的重力加速度g是360m/s2.
(2)射程应为10m.
已知地球半径为R,一只静止在赤道上空的热气球(不计气球离地高度)绕地心运动的角速度为ω0,在距地面h高处圆形轨道上有一颗人造地球卫星,设地球质量为M,热气球的质量为m,人造地球卫星的质量为m1,根据上述条件,有一位同学列出了以下两个方程:
对热气球有:GmM/R 2=mω02R 对人造卫星有:Gm1M/(R+h)2=m1ω2(R+h)
进而求出了人造地球卫星绕地球运行的角速度ω.你认为该同学的解法是否正确?若认为正确,请求出结果;若认为错误,请补充一个条件后,再求出ω.
正确答案
解:第一个等式(对热气球)解法不正确,因为热气球不同于人造卫星,热气球静止在空中是因为浮力与重力平衡.它受地球的引力并不等于它绕地心所需的向心力.
(1)若利用第一宇宙速度v1,有 =
与第二个等式联立可得ω=v1
(2)若已知地球表面的重力加速度g,设地球质量为M,热气球质量为m,人造卫星质量为m1 对热气球有:=mg 对人造卫星有:
=m1ω2(R+h)
联立上两式解得:
ω=.
(3)若利用同步卫星的离地高度H有:=mω02(R+H)
与第二个等式联到可得:ω=ω0
答:该同学的解法是不正确.
若利用第一宇宙速度v1,ω=v1.
若已知地球表面的重力加速度g,ω=若利用同步卫星的离地高度H,ω=ω0
.
补充其它条件解法正确给全分.
解析
解:第一个等式(对热气球)解法不正确,因为热气球不同于人造卫星,热气球静止在空中是因为浮力与重力平衡.它受地球的引力并不等于它绕地心所需的向心力.
(1)若利用第一宇宙速度v1,有 =
与第二个等式联立可得ω=v1
(2)若已知地球表面的重力加速度g,设地球质量为M,热气球质量为m,人造卫星质量为m1 对热气球有:=mg 对人造卫星有:
=m1ω2(R+h)
联立上两式解得:
ω=.
(3)若利用同步卫星的离地高度H有:=mω02(R+H)
与第二个等式联到可得:ω=ω0
答:该同学的解法是不正确.
若利用第一宇宙速度v1,ω=v1.
若已知地球表面的重力加速度g,ω=若利用同步卫星的离地高度H,ω=ω0
.
补充其它条件解法正确给全分.
已知地球和冥王星半径分别为r1、r2,公转半径分别为r1′、r2′,公转线速度分别为v1′、v2′,表面重力加速度分别为g1、g2,平均密度分别为ρ1、ρ2,地球第一宇宙速度为v1,飞船贴近冥王星表面环绕线速度为v2,则下列关系正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力提供向心力:=m
v=
地球和天王星的公转半径之比为r1′:r2′,所以公转速度之比=
故A正确;
B、根据万有引力提供向心力:=m
,v=
由于不知道地球和天王星的质量比,所以无法求出,故B错误.
C、重力加速度g=(其中r′为公转半径),可得gr′2=GM日为定值,故g1r1′2=g2r2′2,故C错误.
D、根据星体密度公式ρ==
(其中T为星球表面卫星运行的周期,r为星球半径),故
为定值,故ρ1r12v22=ρ2r22v12,故D正确.
故选AD.
设地球质量为月球质量的81倍,地球半径是月球半径的4倍,若探测器甲绕地球和探测器乙绕月球做匀速圆周运动的半径相同,则( )
正确答案
解析
解:设探测器的轨道半径为r.
A、对甲:由G=m甲
,得到v甲=
,同理 v乙=
,则v甲:v乙=
:
=9:1.故A正确.
B、对甲:角速度ω甲=,r相同,则ω甲:ω乙=v甲:v乙=9:1,故B错误.
C、甲的向心加速度a甲==
,同理a乙=
,则a甲:a乙=81:1.故C错误.
D、由周期公式T=,得:T甲:T乙=ω乙:ω甲=1:9,故D正确.
故选:AD
已知地球的质量为M,地球的半径为R,月球的质量为m,月球的半径为r,“嫦娥一号”绕月球运行的速度(近似认为绕月球的表面运行)是地球第一宇宙速度的______倍.
正确答案
解析
解:根据万有引力提供向心力,得地球的第一宇宙速度为
同理“嫦娥一号”绕月球运行的速度为
故
故答案为:.
(2015秋•珠海期末)一物体由静止开始从距离地面h=19.6m高处自由下落,落地时间是t=2.0s,求:
(1)地面处的重力加速度g的大小?
(2)若该物体在距月球表面同样高度处由静止开始自由下落,其下落到哪表面的时间t′多长?落到表面时的速度v多大?(已知月球表面的重力加速度g′是地球表面重力加速度g的,计算中可能用到的数据
≈2.45)
正确答案
解:(1)物体做自由落体运动,根据h=,故:
g=
(2)在月球表面,同样是自由落体运动,故:
落地速度:
v=g′t′==8m/s
答:(1)地面处的重力加速度g的大小为9.8m/s2;
(2)若该物体在距月球表面同样高度处由静止开始自由下落,其下落到哪表面的时间t′为4.9s;落到表面时的速度v为8m/s.
解析
解:(1)物体做自由落体运动,根据h=,故:
g=
(2)在月球表面,同样是自由落体运动,故:
落地速度:
v=g′t′==8m/s
答:(1)地面处的重力加速度g的大小为9.8m/s2;
(2)若该物体在距月球表面同样高度处由静止开始自由下落,其下落到哪表面的时间t′为4.9s;落到表面时的速度v为8m/s.
已知引力常量为G地球半径为R,月心和地心之间的距离为r,同步卫星距地面的轨道为h,月球绕地球运转的周期为Ti,地球表面的重力加速度为g,某同学根据以上条件,提出一种估算地球质量M的方法,同步卫星绕地球做圆周运动,由G=m(
)2(R+h)得M=
.
(1)请判断上面的结果是否正确,如不正确,请给出正确的解法和结果;
(2)请根据已知条件再提出一种估算地球质量的方法,并得出结果.
正确答案
解:(1)计算结果错误,在计算过程中所用周期不是T1而应该是T2,同步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+h),
解得:M=;
(2)方法一:月球绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:
G=m
r,
解得:M=;
方法二:地球表面的物体受到的重力等于万有引力,即:
G=mg,
解得:M=;
答:(1)不正确,质量为:;
(2)如上所述.
解析
解:(1)计算结果错误,在计算过程中所用周期不是T1而应该是T2,同步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+h),
解得:M=;
(2)方法一:月球绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:
G=m
r,
解得:M=;
方法二:地球表面的物体受到的重力等于万有引力,即:
G=mg,
解得:M=;
答:(1)不正确,质量为:;
(2)如上所述.
地球上有一个摆长为0.9m的单摆,设地球表面重力加速度g=10m/s2,则该单摆的周期为______S,如果将该单摆放到某星球A的表面,已知A星球半径是地球半径的4倍,质量也是地球质量的4倍.则该单摆在A星球上的周期是地球上周期的______倍.
正确答案
1.884(0.6π)
2
解析
解:1、根据单摆的周期公式,
代入数据.
2、根据星球表面的物体受到的重力等于万有引力,得
所以=
根据单摆周期公式得.
故答案为:1.884(0.6π),2.
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=m
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,=m
=mg得:g=
,故D正确.
故选:ABD
用m表示人造地球同步卫星的质量,h表示它离地面的高度,R0表示地球半径,g0表示地球表面处的重力加速度,ω0表示地球自转的角速度,则通讯卫星所受地球对它的万有引力大小是( )
正确答案
解析
解:在地球表面,由重力等于万有引力得mg=G----①
在卫星位置,由重力等于万有引力得mg′=G----②
通讯卫星所受万有引力的大小F=ma=mg′.
同步卫星做圆周运动由万有引力提供向心力得:F=mω02(R+h)=mg′
所以F=mω02(R0+h)==
故C正确,ABD错误.
故选:C
已知地球半径为R,地表重力加速度为g,万有引力恒量G,则地球的质量为______.
正确答案
解析
解:根据得:
M=.
故答案为:
随着科技的发展,未来我国的探测月球的探测器在考查完成后将返回地球,其过程如图所示,有关探测器的运行下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、探测器从轨道I转移到轨道Ⅱ需要加速,故探测器在轨道Ⅱ上的机械能大于轨道I上的机械能,故A正确;
B、根据卫星的环绕速度公式v=,由于地球的质量大,故在地球上转动快,公转周期小,故B错误;
C、探测器在轨道Ⅲ上经过M点与探测器在轨道I上过M点万有引力相同,根据牛顿第二定律,加速度相同,故C错误;
D、在轨道Ⅱ上运行时只有万有引力做功,故机械能守恒,由于在N点的势能大,故动能小,故探测器在轨道Ⅱ上过M点的速度大于过N点的速度,故D正确;
故选:AD
1958年至1976年的美苏空间竞赛,引发了首次探月高潮.经过多年发展,如今一些国家的综合国力有了较大提升,已掀起了第二轮探月热潮.与第一轮“探月热”不同的是,新一轮以探测月球资源为主,为未来月球资源开发、利用打基础.科学探测表明,月球上至少存在氧、硅、铝、铁等丰富的矿产资源.设想人类开发月球,不断把月球上的矿藏搬运到地球上,假定经过长时间开采以后,月球和地球仍看做均匀球体,月球仍然在开采前的圆轨道上绕地球运动.对开采后的月球与开采前相比,下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力定律得地球与月球间的万有引力为:F=,由于不断把月球上的矿藏搬运到地球上,所以m减小,M增大.
由数学知识可知,当m与M相接近时,它们之间的万有引力较大,当它们的质量之差逐渐增大时,m与M的乘积将减小,它们之间的万有引力值将减小,故A错误.
B、设月球质量为m,地球质量为M,月球与地球之间的距离为r,假定经过长时间开采后,地球仍可看作是均匀的球体,月球仍沿开采前的圆周轨道运动(轨道半径r不变),根据万有引力提供向心力得,,解得a=
,地球的质量增大,则月球绕地球运动的向心加速度变大,故B正确.
C、根据得,T=
,地球的质量增大,则月球绕地球运动的周期变小,故C错误.
D、根据得,v=
,地球的质量增大,则月球绕地球运动的速率增大,故D错误.
故选:B.
2003年8月29日,火星、地球和太阳处于三点一线,上演了“火星冲日”的天象奇观.这是6万年来火星距地球最近的一次,与地球之间的距离只有5576万公里,为人类研究火星提供了最佳时机;图示为美国宇航局公布的“火星冲日”的虚拟图.则有( )
正确答案
解析
解:设轨道半径为r、太阳质量为M,因为地球和火星绕太阳做匀速圆周运动,
根据万有引力提供向心力做匀速圆周运动,
得:G=m
=mω2r=m(
)2r=ma
解得线速度:v=,因为火星离太阳的距离远,所以线速度小,故A正确,B错误.
根据万有引力提供向心力得:
=
解得:T=2π,因为火星离太阳的距离远,所以火星周期更大,即大于地球的公转周期一年,所以一年的时间火星还没有回到该位置,故CD错误.
故选:A
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