- 万有引力与航天
- 共16469题
两同学之间的万有引力( )
正确答案
解析
解:A、自然界中任意两个物体之间都存在万有引力,两同学之间的万有引力一定存在,故A正确,BC错误
D、根据万有引力F=得随他们的距离增大而减小,故D错误
故选A.
已知飞船上一物体在飞船静止于地面时,重力为32N.当飞船沿地球径向以加速度a=5m/s2加速上升到一定高度时,此物视重变为18N.设地球表面的重力加速度g=10m/s2,则此时飞船离地面的高度约为地球半径的几倍?
正确答案
解:物体的质量m==
=3.2kg
在匀加速的升降机中,根据牛顿第二定律得:
FN2-mg′=ma,mg′=2N,解得:g′=,
根据万有引力等于重力得:
在地球表面:G=mg
在离地高h处:G=mg′,
解得:h=3R.
答:飞船离地面的高度约为地球半径的3倍.
解析
解:物体的质量m==
=3.2kg
在匀加速的升降机中,根据牛顿第二定律得:
FN2-mg′=ma,mg′=2N,解得:g′=,
根据万有引力等于重力得:
在地球表面:G=mg
在离地高h处:G=mg′,
解得:h=3R.
答:飞船离地面的高度约为地球半径的3倍.
土星周围有许多大小不等的岩石颗粒,其绕土星的运动可视为圆周运动.其中有两个岩石颗粒A和B与土星中心距离分别为rA=8.0×104km和rB=1.2×105km.忽略所有岩石颗粒间的相互作用.求岩石颗粒A和B的线速度之比.
某同学的解答为:因为岩石颗粒在做圆周运动,可知线速度v=ωr,所以=
,从而求出线速度之比.你同意上述解答吗?若同意请列出主要运算步骤求出结果;若不同意,则说明原因,并求出正确结果.
正确答案
解:该同学解答错误,因为两个岩石颗粒A和B与土星是不连续的,角速度不同;
正确解答:
卫星受到的万有引力提供向心力,故有:,解得:
;
故:;
答:该同学解答错误,个岩石颗粒A和B的线速度之比为.
解析
解:该同学解答错误,因为两个岩石颗粒A和B与土星是不连续的,角速度不同;
正确解答:
卫星受到的万有引力提供向心力,故有:,解得:
;
故:;
答:该同学解答错误,个岩石颗粒A和B的线速度之比为.
随着人类对月球的不断探则,人类对月球有了更多的认识.假设宇航员乘坐“嫦娥N号”到达月球,宇航员在月球赤遁上测得一质量为m的物体的重力为F1.在月球两极测量同一物体时其重力为F2.
(1)若忽略月球自转对重力的影响,则月球赤道对应的月球半径与两极处对应的月球半径之比为多大?
(2)若月球的自转不可忽略,同时将月球看成半径为R的球体,则月球自转的周期多大?
正确答案
解:(1)由题意可得重力等于万有引力所以有:
在赤道上有: ①
在两极有: ②
所以由①②两式可得:=
(2)在赤道上物体随月球自转,重力与万有引力之差提供物体自转的向心力,在两极处物体自转的向心力为零,故重力与万有引力相等,所以有:
可得月球自转的周期T=
答:(1)若忽略月球自转对重力的影响,则月球赤道对应的月球半径与两极处对应的月球半径之比为;
(2)若月球的自转不可忽略,同时将月球看成半径为R的球体,则月球自转的周期为.
解析
解:(1)由题意可得重力等于万有引力所以有:
在赤道上有: ①
在两极有: ②
所以由①②两式可得:=
(2)在赤道上物体随月球自转,重力与万有引力之差提供物体自转的向心力,在两极处物体自转的向心力为零,故重力与万有引力相等,所以有:
可得月球自转的周期T=
答:(1)若忽略月球自转对重力的影响,则月球赤道对应的月球半径与两极处对应的月球半径之比为;
(2)若月球的自转不可忽略,同时将月球看成半径为R的球体,则月球自转的周期为.
走向太空是人类永恒的梦想.宇航员在地球表面以某一初速度竖直上抛一小球,经过时间t小球落回原处;若他在某一星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球,需经过5t小球落回原处.(已知地球表面重力加速度为g、地球半径为R,空气阻力不计)
(1)求该星球表面附近的重力加速度g′;
(2)已知该星球的半径与地球的半径之比为1:4,求星球的质量M星与地球质量M地之比,如果在该星球表面发射卫星,其最小发射速度是多少?
正确答案
解:(1)地球表面重力加速度g=,星球表面重力加速度
,则
,
解得.
(2)根据得,M=
,
该星球的半径与地球的半径之比为1:4,重力加速度之比为1:5,则星球的质量M星与地球质量M地之比1:80.
根据m得,最小速度v=
.
答:(1)该星球表面附近的重力加速度为;
(2)星球的质量M星与地球质量M地之比1:80,其最小发射速度是.
解析
解:(1)地球表面重力加速度g=,星球表面重力加速度
,则
,
解得.
(2)根据得,M=
,
该星球的半径与地球的半径之比为1:4,重力加速度之比为1:5,则星球的质量M星与地球质量M地之比1:80.
根据m得,最小速度v=
.
答:(1)该星球表面附近的重力加速度为;
(2)星球的质量M星与地球质量M地之比1:80,其最小发射速度是.
(2015秋•攸县校级期中)美国宇航局2015年7月24日0时(北京时间)宣布,可能发现了“另一个地球”-开普勒-452b,它距离地球1400光年.如果将开普勒-452b简化成如图所示的模型:MN为该星球的自转轴线,A、B是该星球表面上的两点(A在极地,B在赤道上);现在A、B两点各放置一质量为m的物体,用精密弹簧秤在A点称量物体,平衡时其示数为F,在B点称量物体,平衡时其示数为99.9%F,已知该星球的半径为R,试求:
(1)该星球的质量M;
(2)该星球的同步卫星距离地面的高度h.
正确答案
解:(1)由题设条件知在极地A处有:F=…①
解得:M=…②
(2)在赤道上B处有:F-0.999F=mω2R…③
对同步卫星而言有:G=mω2(R+h)…④
联立②③④解得:h=9R
答:(1)该星球的质量M为;
(2)该星球的同步卫星距离地面的高度h等于9R.
解析
解:(1)由题设条件知在极地A处有:F=…①
解得:M=…②
(2)在赤道上B处有:F-0.999F=mω2R…③
对同步卫星而言有:G=mω2(R+h)…④
联立②③④解得:h=9R
答:(1)该星球的质量M为;
(2)该星球的同步卫星距离地面的高度h等于9R.
把地球绕太阳公转看做是匀速圆周运动,平均半径为1.5×1011m,已知引力常量G=6.7×10-11N.m2/kg2,则可,估算出太阳的质量大约是多少千克?(结果取两位有效数字)
正确答案
解:地球绕太阳公转看做是匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力=m
则有太阳的质量M=,
代入数据,解之得M=2×1030 kg
答:太阳的质量大约为2×1030 kg.
解析
解:地球绕太阳公转看做是匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力=m
则有太阳的质量M=,
代入数据,解之得M=2×1030 kg
答:太阳的质量大约为2×1030 kg.
2005年10月12日9时,神舟六号载人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空,标志着我国在发展载人航天技术方面取得了又一个具有里程碑意义的重大胜利.(已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g)
(1)神舟六号载人飞船搭乘长征2号运载火箭从地面竖直发射升空,在地面附近上升高度为h时获得的速度为v,若把这一过程看作匀加速直线运动,则这段时间内飞船对飞船中质量为m的宇航员的作用力有多大?
(2)神舟六号载人飞船在离地面高度为H的圆轨道上运行的时间为t.求在这段时间内它绕行地球多少圈?
正确答案
解:(1)火箭竖直匀加速上升,加速度为a,有v2=2ah…①
飞船对宇航员的作用力为F,有F-mg=ma…②
解得:F=m(g+)
(2)用r表示飞船圆轨道半径,则r=R+H,用M表示地球质量,m表示飞船质量,ω表示飞船绕地球运行的角速度,T表示飞船运行的周期,由万有引力定律和牛顿定律得:
G=mω2r=m
r…④
在地球表面,有 G=g…⑤
解得:T=…⑥
得这段时间内飞船绕行地球的圈数为:n=…⑦
答:(1)这段时间内飞船对飞船中质量为m的宇航员的作用力为m(g+).
(2)在这段时间内它绕行地球的圈数为.
解析
解:(1)火箭竖直匀加速上升,加速度为a,有v2=2ah…①
飞船对宇航员的作用力为F,有F-mg=ma…②
解得:F=m(g+)
(2)用r表示飞船圆轨道半径,则r=R+H,用M表示地球质量,m表示飞船质量,ω表示飞船绕地球运行的角速度,T表示飞船运行的周期,由万有引力定律和牛顿定律得:
G=mω2r=m
r…④
在地球表面,有 G=g…⑤
解得:T=…⑥
得这段时间内飞船绕行地球的圈数为:n=…⑦
答:(1)这段时间内飞船对飞船中质量为m的宇航员的作用力为m(g+).
(2)在这段时间内它绕行地球的圈数为.
质量为m的人造地球卫星与地心的距离为r时,引力势能可表示为Ep=-,其中G为引力常量,M为地球质量.已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g.某卫星原来在半径为rl的轨道上绕地球做匀速圆周运动,由于受到极稀薄空气的摩擦作用,飞行一段时间后其圆周运动的半径变为r2,则此过程中因摩擦而产生的热量为( )
正确答案
解析
解:卫星做匀速圆周运动,由地球的万有引力提供向心力,即,则轨道半径为r1时:
,依题意其引力势能为
,
轨道半径为r2时:,引力势能为
,
设摩擦而产生的热量为Q,根据能量守恒定律得:
联立得:Q=(
-
),故C正确.
故选:C
在某星球上以速度v0竖直上抛一物体,经过时间t,物体落回抛出点.如将物体沿该星球赤道切线方向抛出,要使物体不再落回星球表面,抛出的初速至少应为多少?(已知星球半径为R,不考虑星球自转)
正确答案
解:物体抛出后,在星球表面上做竖直上抛运动.
设星球对物体产生的“重力加速度”为g,则 v0=g×---------①
设抛出时的速度至少为v,
物体抛出后不再落回星球表面,根据牛顿第二定律有 mg=m--②
由①②得v=
答:抛出时的速度至少为.
解析
解:物体抛出后,在星球表面上做竖直上抛运动.
设星球对物体产生的“重力加速度”为g,则 v0=g×---------①
设抛出时的速度至少为v,
物体抛出后不再落回星球表面,根据牛顿第二定律有 mg=m--②
由①②得v=
答:抛出时的速度至少为.
一艘宇宙飞船沿着未知天体表面的圆形轨道飞行,航天员只用一块秒表运用有关知识就能确定的物理量有( )
正确答案
解析
解:飞船沿着未知天体表面飞行,则飞船轨道半径近似等于天体半径,则有:
A、飞船飞行时受到万有引力提供向心力则据G=m
或者线速度v=
,在仅知道周期T的情况下,无法得到线速度v,故A错误;
B、据圆周运动周期和角速度关系可得ω=,已知T的情况下可以得到ω,故B正确;
C、测量中心天体的质量依据万有引力提供向心力,在已知周期的情况下有:G=mR(
)2可知在测量出周期T的情况下,还需知道飞船的轨道半径才可以得到中心天体的质量,故C错误;
D、令末知天体的密度为ρ,天体半径为R,则知天体质量为M=ρπR3,又飞船受到万有引力提供向心力知G
=mR(
)2得飞船质量M=
即ρ
πR3=
,所以ρ=
,因为G是引力常量,故测得飞船飞行周期T即可得未知天体的密度.故D正确.
故选:BD.
若取地球的第一宇宙速度为8km/s,某行星的质量是地球质量的6倍,半径是地球的半径的1.5倍,则这行星的第一宇宙速度为______km/s.星球表面的重力加速度与地球表面的重力加速度之比为______.
正确答案
16
8:3
解析
解:第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,=m
v=,R为地球半径.
行星上的第一宇宙速度与地球上的第一宇宙速度之比是=
=2:1,
所以这行星的第一宇宙速度为16m/s.
在表面由重力等于万有引力 mg= 得 g=
星球表面的重力加速度与地球表面的重力加速度之比为=
=8:3.
故答案为:16,8:3.
一卫星绕某个行星表面附近做匀速圆周运动,其线速度大小为v,假设宇航员在该行星表面用弹簧测力计测量一质量为m的物体的重力,当物体处于竖直静止状态时,弹簧测力计的示数为F,已知引力常量为G,则这颗行星的质量为( )
正确答案
解析
解:行星表面的重力加速度g=,
根据,M=
,
又mg=F=m,解得R=
,
所以M=.
故选:B.
玉兔号从登月舱沿一斜面滑到月球的表面上,假设滑下的高度为h,初始速度为零,斜面倾角为α动摩擦因数为μ,重力加速度为地球表面的,地球表面的重力加速度为g,如果把整个下滑过程移到地球表面,两者相比,则( )
正确答案
解析
解:A、根据动能定理有:,
得:v=,
因为月球表面重力加速度为地球表面重力加速度的,所以
,即在月球上滑到底端的速度是地球上的
,故A错误.
B、在斜面上的加速度为:a=gsinα-μgcosα,
斜面长度为:L=,
根据匀变速运动的位移公式为:L=,
得:=
所以在月球上滑到底端的时间是地球上的倍,故B错误,
C、在斜面上下滑过程中,受的摩擦力为f=μmgcosα,斜面长度为L=,故客服摩擦力做功为:
,
因为月球表面重力加速度为地球表面重力加速度的,所以在月球上滑到底端克服摩擦力做的功是地球上的
,故C正确.
D、根据三角函数可知,sin2α-μgsinαcosα取最大值不仅与α有关,还与μ的取值有关,例如,当μ=1,2α=45°时,sin2α-μgsinαcosα最大,故当α=45°时,时间为:t=不是最短,故D错误.
故选:C.
已知地球的半径为R,质量为M,将地球看作均匀球体,若有可能将一质量为m的物体放在地球的球心处,则此物体受到地球的万有引力大小为( )
正确答案
解析
解:将一质量为m的物体放在地球的球心处,地球各部分都物体有万有引力,物体各个方向受到的引力都平衡抵消,其合力为零,即此物体受到地球的万有引力大小为零.
故选C
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