- 万有引力与航天
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(2015秋•昆明校级月考)关于人造地球卫星和宇宙飞船,下列说法错误的是( )
正确答案
解析
解:A、根据G=mr
,解得M=
.故A正确.
B、根据G=m
知,速率相等,则轨道半径相等,则周期相同.故B正确.
C、在同一轨道沿同一方向绕行,加速后,万有引力不够提供向心力,飞离原轨道,不会与前面的卫星发生碰撞.故C错误.
D、根据G=m
知,v=
,与环绕天体的质量无关,故宇航员与飞船一起也绕地球做圆周运动.故D正确.
本题选错误的,故选:C.
有一地球卫星运行轨道与地球赤道共面,绕地球做匀速圆周运动,该卫星的周期为T.已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,求:
(1)该卫星离地面高度h;
(2)如果某时刻该卫星恰好经过赤道上某设施A点正上空,若地球自转不能忽略,已知地球自转周期为T0.至少经多长时间卫星再次经过A点正上空?
正确答案
解:(1)在地球表面上,物体受到的万有引力与物体的重力近似相等,即:G=mg ①
由卫星所需的向心力由万有引力提供可得 G=m
r,r=R+h ②
由①②解得:h=-R
(2)设至少经多长t时间卫星再次经过A点正上空,则 t-
t=2π
解得 t=
答:
(1)卫星的运行轨道距离地面高度为-R.
(2)至少经时间卫星再次经过A点正上空.
解析
解:(1)在地球表面上,物体受到的万有引力与物体的重力近似相等,即:G=mg ①
由卫星所需的向心力由万有引力提供可得 G=m
r,r=R+h ②
由①②解得:h=-R
(2)设至少经多长t时间卫星再次经过A点正上空,则 t-
t=2π
解得 t=
答:
(1)卫星的运行轨道距离地面高度为-R.
(2)至少经时间卫星再次经过A点正上空.
如图所示,赤道上随地球自转的物体A、赤道上空的近地卫星B、地球的同步卫星C,它们的运动都可视为匀速圆周运动,比较三个物体的运动情况,以下判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、卫星C为同步卫星,周期与A物体周期相等,故A错误;
B、AC比较,角速度相等,由a=ω2r,aA<aC,故B错误;
C、卫星C为同步卫星,周期与A物体周期相等,故角速度也相等,因而C错误;
D、AC比较,角速度相等,由v=ωr,可知υA<υC
BC比较,同为卫星,由人造卫星的速度公式v=,可知υC<υB因而υA<υC<υB故选D.
在一次测定万有引力恒量的实验里,两个小球的质量分别是0.80kg和4.0×10-3kg,当它们相距4.0×10-2m时相互吸引的作用力是1.3×10-10N,求万有引力恒量G.
正确答案
解:万有引力:F=G,
则:G==
=6.5×10-11N•m2/kg2;
答:万有引力恒量G为6.5×10-11N•m2/kg2.
解析
解:万有引力:F=G,
则:G==
=6.5×10-11N•m2/kg2;
答:万有引力恒量G为6.5×10-11N•m2/kg2.
太阳系中某行星运行的轨道半径为R0,周期为T0.但天文学家在长期观测中发现,其实际运行的轨道总是存在一些偏离,且周期性地每隔t0时间发生一次最大的偏离(行星仍然近似做匀速圆周运动).天文学家认为形成这种现象的原因可能是该行星外侧还存在着一颗未知行星.假设两行星的运行轨道在同一平面内,且绕行方向相同,则这颗未知行星运行轨道的半径R和周期T是(认为未知行星近似做匀速圆周运动)( )
正确答案
解析
解:AB、行星发生最大偏离时,两行星与恒星在同一直线上且位于恒星同一侧.设未知行星运行周期为T,轨道半径为R,则有:,解得未知行星的运行周期T=
,故B正确,A错误.
CD、由开普勒第三定律有:,解得:R=
,故C、D错误.
故选:B.
2013年6月29日,在太空“旅行”13天的“神州九号”载人飞船安全“回家”,至此我国首次太空载人交会对接取得圆满成功.“神州九号”与“天宫一号”完成对接后在轨道上运行,可视为匀速圆周运动,它们距离地面的高度为h,已知它们的总质量为m,地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,求:
(1)“神州九号”与“天宫一号”对接后,地球对它们的万有引力F1;
(2)“神州九号”与“天宫一号”对接后,它们运行的周期T.
正确答案
解:(1)根据万有引力定律,地球对“神州九号”与“天宫一号”的万有引力
在地球表面的物体受到重力等于万有引力,得GM=R2g
所以F=
(2)“神舟九号”与“天宫一号”环绕地球做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律
所以
解得
答:(1)“神州九号”与“天宫一号”对接后,地球对它们的万有引力为.
(2)“神州九号”与“天宫一号”对接后,它们运行的周期T为.
解析
解:(1)根据万有引力定律,地球对“神州九号”与“天宫一号”的万有引力
在地球表面的物体受到重力等于万有引力,得GM=R2g
所以F=
(2)“神舟九号”与“天宫一号”环绕地球做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律
所以
解得
答:(1)“神州九号”与“天宫一号”对接后,地球对它们的万有引力为.
(2)“神州九号”与“天宫一号”对接后,它们运行的周期T为.
我国自主研制的“嫦娥三号”,携带“玉兔”月球车已于2013年12月2日l时30分在西昌卫星发射中心发射升空,落月点有一个富有诗意的名字--“广寒宫”,若已知月球和地球半径之比为a,质量之比为b,地球表面附近的重力加速度为g.求:
(1)月球表面的重力加速度大小:
(2)若在地球上某运动员以一定初速度起跳能上升的最大高度为h,则他在月球上以相同初速度起跳能上升的最大高度是多少.
正确答案
解:(1)在星球表面重力与万有引力大小相等有:
有星球表面的重力加速度g=
所以
(2)由竖直上抛运动规律可知,物体在地球上上抛的最大高度
而在月球上上抛运动的最大高度为
答:(1)月球表面的重力加速度大小为:
(2)若在地球上某运动员以一定初速度起跳能上升的最大高度为允则他在月球上以相同初速度起跳能上升的最大高度是.
解析
解:(1)在星球表面重力与万有引力大小相等有:
有星球表面的重力加速度g=
所以
(2)由竖直上抛运动规律可知,物体在地球上上抛的最大高度
而在月球上上抛运动的最大高度为
答:(1)月球表面的重力加速度大小为:
(2)若在地球上某运动员以一定初速度起跳能上升的最大高度为允则他在月球上以相同初速度起跳能上升的最大高度是.
空间站是能载人进行长期宇宙飞行的航天器,又称航天站或轨道站.假设“空间站”正在地球赤道平面内的圆周轨道上运行,其离地球表面的高度为同步卫星离地球表面高度的五分之一,且运行方向与地球自转方向一致.下列说法正确的有( )
正确答案
解析
解:A、根据=mg=ma,知“空间站”运行的加速度等于其所在高度处的重力加速度.故A正确.
B、根据,
.知B错误.
C、轨道半径越大,角速度越小,同步卫星和地球自转的角速度相同,所以空间站的角速度大于地球自转的角速度,所以站在地球赤道上的人观察到空间站向东运动.故C正确.
D、在“空间站”工作的宇航员处于完全失重状态,靠万有引力提供向心力,做圆周运动.故D错误.
故选AC.
2007年4月24日,瑞士天体物理学家斯蒂芬妮•尤德里(右)和日内瓦大学天文学家米歇尔•迈耶(左)拿着一张绘制图片,图片上显示的是在红矮星581(图片右上角)周围的行星系统.这一代号“581c”的行星正围绕一颗比太阳小、温度比太阳低的红矮星运行,现测得“581c”行星的质量为M2、半径为R2.已知地球的质量为M1、半径为R1.则:
(1)若地球表面的重力加速度为g,求该行星表面的重力加速度;
(2)若宇宙飞船在地面附近沿近地圆轨道做匀速圆周运动的周期为T,求宇宙飞船在距离“581c”行星表面为h的轨道上绕该行星做匀速圆周运动的线速度V.
正确答案
解:(1)设地球表面有一物体质量为m1,581C表面有一物体质量为m2,581C表面重力加速度为g′
对地球表面的物体有万有引力得: ①
对581C表面的物体有万有引力得: ②
由①②两式取比值整理得:
答:该星球表面的重力加速度为
(2)绕地球做圆周运动的宇宙飞船周期为T,
由万有引力提供向心力得: ③
绕581C做匀速圆周运动的线速度V,
由万有引力提供向心力得: ④
581C星球的黄金代换: ⑤
由③④⑤解得:
答:宇宙飞船在距离“581c”行星表面为h的轨道上绕该行星做匀速圆周运动的线速度v=
解析
解:(1)设地球表面有一物体质量为m1,581C表面有一物体质量为m2,581C表面重力加速度为g′
对地球表面的物体有万有引力得: ①
对581C表面的物体有万有引力得: ②
由①②两式取比值整理得:
答:该星球表面的重力加速度为
(2)绕地球做圆周运动的宇宙飞船周期为T,
由万有引力提供向心力得: ③
绕581C做匀速圆周运动的线速度V,
由万有引力提供向心力得: ④
581C星球的黄金代换: ⑤
由③④⑤解得:
答:宇宙飞船在距离“581c”行星表面为h的轨道上绕该行星做匀速圆周运动的线速度v=
经长期观测,人们在宇宙中已经发现了“双星系统”.“双星系统”由两颗相距较近的恒星组成,每个恒星的线度远小于两个星体之间的距离,而且双星系统一般远离其他天体,如图所示,两颗星球组成的双星,在相互之间的万有引力作用下,绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动.现测得两颗星之间的距离为L,质量之比为m1:m2=2:3,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:双星靠相互间的万有引力提供向心力,具有相同的角速度,对m1:,对m2:
.得:m1r1=m2r2,
=
.所以r1=
,r2=
.又v=rω,所以线速度之比
.故A、D正确,B、C错误.
故选AD.
一宇航员在某星球上用弹簧秤称量质量为m的砝码,读数为F.则该星球的表面重力加速度为______.若该星球半径为R,可求得它的质量为______(已知万有引力常量为G).
正确答案
解析
解:
弹簧秤的示数为重力,即F=mg0,可得该星球表面的重力加速度为:①
由星球表面万有引力等于重力可得:②,由①②解得:
.
故答案为:.
(2016•成都校级模拟)近年来,我国的空间技术发展迅猛.实现目标飞行器成功交会对接便是一项重要的空间技术.假设有A、B 两个飞行器实现自动交会对接,对接成功后A、B飞行器一起绕地球运行的轨道可视为圆轨道,轨道离地面高度约为R,运行周期为T,引力常量为G,设地球半径为R,地面重力加速度为g.则( )
正确答案
解析
解:A、对接成功后,“神舟九号”飞船里的宇航员受到的重力不为零,靠重力提供向心力.故A错误.
B、根据,GM=gR2,r=
,联立解得
.故B错误.
C、飞船的线速度.故C正确.
D、根据得,
.故D错误.
故选:C
宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动的周期为T,离地面高度为H,地球半径为R,则根据T、H、R和万有引力常量G,计算出:
(1)地球的质量;
(2)飞船的线速度的大小.
正确答案
解:(1)宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动,由地球的万有引力提供向心力,则有:
G=m(R+H)
解得地球的质量为:M=.
(2)飞船的线速度的大小为:v=
答:(1)地球的质量是;
(2)飞船的线速度的大小为.
解析
解:(1)宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动,由地球的万有引力提供向心力,则有:
G=m(R+H)
解得地球的质量为:M=.
(2)飞船的线速度的大小为:v=
答:(1)地球的质量是;
(2)飞船的线速度的大小为.
在上海举办的一级方程式汽车大赛中,一辆赛车总质量为m,一个路段的水平转弯半径为R,赛车转此弯时的速度为v,赛车形状都设计得使其上下方空气有一压力差--气动压力,从而增大了对地面的正压力.正压力与摩擦力的比值叫侧向附着系数,以η表示.要使上述赛车转弯时不侧滑,则需要多大的气动压力?当地重力加速度为g.
正确答案
解:对物体受力分析可知正压力FN=mg+F①,其中F表示气动压力,
因为η=、
所以②,
根据牛顿第二定律,可得
③,
联立解得①②③可解得:F=,
答:要上述赛车转弯时不侧滑,则需要的气压动力为.
解析
解:对物体受力分析可知正压力FN=mg+F①,其中F表示气动压力,
因为η=、
所以②,
根据牛顿第二定律,可得
③,
联立解得①②③可解得:F=,
答:要上述赛车转弯时不侧滑,则需要的气压动力为.
通过观测发现某星球半径是地球半径的k倍,绕该星球近地运行卫星的周期是地球近地卫星周期的n倍,下列说法中错误的是( )
正确答案
解析
解:A、根据v=,有:
故A正确;
B、卫星的万有引力等于向心力,故:
解得:
M=
故=
故B正确;
C、由于是近地卫星,故星球表面的重力加速度等于卫星的向心加速度,为:a=;
故=
故C正确;
D、在B项中求解出了质量比为;
密度为:ρ=;
故=
•
=
故D错误;
本题选错误的,故选:D
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