- 万有引力与航天
- 共16469题
某人造卫星沿圆轨道运行,已知其绕地球运动的轨道半径为r,地球半径为R,表面附近的重力加速度为g,卫星在地面附近受到的万有引力与其重力近似相等.试求卫星运动的角速度ω
正确答案
解:在地球表面有:
mg=G…①
万有引力提供卫星圆周运动的向心力有:
G=mω2r…②
由①②两式得,人造地球卫星的角速度为:
ω==
答:卫星运动的角速度.
解析
解:在地球表面有:
mg=G…①
万有引力提供卫星圆周运动的向心力有:
G=mω2r…②
由①②两式得,人造地球卫星的角速度为:
ω==
答:卫星运动的角速度.
2014年是彗星之年--具体来说是“67P/楚留莫夫 格拉希门克彗星(下简称“67P彗星”)”彗星之年.这是一颗灰蒙蒙的巨大冰状彗星,它在大部分时间里都漂浮在火星和木星之间,围绕太阳公转,下面关于该彗星的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、根据万有引力提供向心力G=m
=m
r=ma,
得v=,T=2π
.由此可知,轨道半径越大,线速度越小、周期越大,由于火星到太阳的距离小于彗星到太阳的距离,所以v火>v彗,
T火<T彗.故AB错误.
C、据万有引力提供向心加速度,得:G=ma,可知轨道半径比较小的火星的向心加速度比较大.故C错误;
D、要挣脱地球的束缚,发射速度必须大于11.2km/s.故D正确.
故选:D.
某星球的质量为M,在该星球表面某一倾角为α的山坡上以初速度V0平抛一个物体,经t时间该物体落到山坡上.欲使该物体不再落回该星球的表面,至少应以______的速度抛出物体.(不计一切阻力,万有引力常量为G)
正确答案
解析
解:由题意可知是要求该星球上的“近地卫星”的绕行速度,也即为第一宇宙速度.
设该星球表面处的重力加速度为g,
由平抛运动可得 tanθ==
①
故g=
对于该星球表面上的物体有=mg ②
所以R=
而对于绕该星球做匀速圆周运动的“近地卫星”应有mg= ③
由 ①②③式得 v==
故答案为:
某中子星的质量约为M=3.0×1030kg,半径约为R=10km,万有引力常量为G=6.67×10-11N•m2/kg2,求:
(1)该中子星表面的重力加速度;
(2)该中子星的第一宇宙速度.
正确答案
解:(1)根据得中子星表面的重力加速度为:g=
≈2×1012m/s2.
(2)根据得:v=
≈1.4×108m/s.
答:(1)该中子星表面的重力加速度为2×1012m/s2.
(2)该中子星的第一宇宙速度为1.4×108m/s.
解析
解:(1)根据得中子星表面的重力加速度为:g=
≈2×1012m/s2.
(2)根据得:v=
≈1.4×108m/s.
答:(1)该中子星表面的重力加速度为2×1012m/s2.
(2)该中子星的第一宇宙速度为1.4×108m/s.
火星半径约为地球半径的一半,质量约为地球的1/9,若地球表面的重力加速度为9.8m/s2,则火星表面的重力加速度为______m/s2.
正确答案
4.36
解析
解:根据星球表面的万有引力等于重力:
解得:
故火星表面重力加速度为:
故答案为:4.36.
在某星球表面以初速度v0竖直上抛一个物体,若物体只受该星球引力作用,万有引力恒量为G,忽略其它力的影响,物体上升的最大高度为h,已知该星球的直径为d,可推算出这个星球的质量为( )
正确答案
解析
解:由v02=2gh,
得g= ①
根据万有引力等于重力得:
=mg ②
R= ③
由①②③解得:M=
故选A.
一物体分别放在距离地面高为2R、3R处,受到地球的万有引力之比是( )
正确答案
解析
解:据万有引力定律F=可知引力大小与物体与地心距离的二次方成反比,由题意有:
r1=R+2R=3R,
r2=R+3R=4R
因为
所以
故选:D.
“伽利略”木星探测器,从1989年10月进入太空起,历经6年,行程37亿千米,终于到达木星周围.此后在t秒内绕木星运行N圈后,对木星及其卫星进行考察,最后坠入木星大气层烧毁.设这N圈都是绕木星在同一个圆周上运行,其运行速率为V,探测器上的照相机正对木星拍摄到整个木星时的视角为θ(如图所示),设木星为一球体.
求:(1)木星探测器在上述圆形轨道上运行时的轨道半径;
(2)若人类能在木星表面着陆,至少以多大的速度将物体从其表面水平抛出,才不至于使物体再落回木星表面.
正确答案
解:(1)由v=得,r=
.
由题意得,T=.
可知r=.
(2)探测器在圆形轨道上运行时,
从木星表面水平抛出,恰好不再落回木星表面时,有:
由两式得,.
由题意得,R=rsin.
则.
答:(1)木星探测器在上述圆形轨道上运行时的轨道半径r=.
(2)至少以则.的速度将物体从其表面水平抛出,才不至于使物体再落回木星表面.
解析
解:(1)由v=得,r=
.
由题意得,T=.
可知r=.
(2)探测器在圆形轨道上运行时,
从木星表面水平抛出,恰好不再落回木星表面时,有:
由两式得,.
由题意得,R=rsin.
则.
答:(1)木星探测器在上述圆形轨道上运行时的轨道半径r=.
(2)至少以则.的速度将物体从其表面水平抛出,才不至于使物体再落回木星表面.
已知引力常数为G,地球的质量为M,地球的半径为R,某飞船绕地球匀速圆周运动时距地面高度为h,根据以上条件求(用题中字母表示结果):
(1)该飞船绕地球做匀速圆周运动时的向心加速度大小;
(2)该飞船绕地球做匀速圆周运动时的线速度大小;
(3)该飞船绕地球做匀速圆周运动时的角速度大小;
(4)该飞船绕地球做匀速圆周运动时的周期大小.
正确答案
解:(1)飞船绕地球匀速圆周运动,根据牛顿第二定律,有:G=ma
解得:a=
(2)飞船绕地球匀速圆周运动,根据牛顿第二定律,有:G=m
解得:v=
(3)飞船绕地球匀速圆周运动,根据牛顿第二定律,有:G=mω2(R+h)
解得:ω=
(4)飞船绕地球匀速圆周运动,根据牛顿第二定律,有:G=m
(R+h)
解得:T=2π
答:(1)该飞船绕地球做匀速圆周运动时的向心加速度大小为;
(2)该飞船绕地球做匀速圆周运动时的线速度大小为;
(3)该飞船绕地球做匀速圆周运动时的角速度大小为;
(4)该飞船绕地球做匀速圆周运动时的周期大小为2π.
解析
解:(1)飞船绕地球匀速圆周运动,根据牛顿第二定律,有:G=ma
解得:a=
(2)飞船绕地球匀速圆周运动,根据牛顿第二定律,有:G=m
解得:v=
(3)飞船绕地球匀速圆周运动,根据牛顿第二定律,有:G=mω2(R+h)
解得:ω=
(4)飞船绕地球匀速圆周运动,根据牛顿第二定律,有:G=m
(R+h)
解得:T=2π
答:(1)该飞船绕地球做匀速圆周运动时的向心加速度大小为;
(2)该飞船绕地球做匀速圆周运动时的线速度大小为;
(3)该飞船绕地球做匀速圆周运动时的角速度大小为;
(4)该飞船绕地球做匀速圆周运动时的周期大小为2π.
一艘宇宙飞船绕一个不知名的、半径为R的行星表面飞行,环绕一周飞行时间为T (万有引力常量为G),求:该行星的质量M和平均密度ρ
正确答案
解:研究飞船绕行星表面做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力得:
=mR
M=.
根据密度公式得出:
ρ==
=
答:该行星的质量M是,平均密度是
.
解析
解:研究飞船绕行星表面做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力得:
=mR
M=.
根据密度公式得出:
ρ==
=
答:该行星的质量M是,平均密度是
.
1957年第一颗人造卫星送上天,开辟了人类宇航的新时代.近五十年来,人类不仅发射了人造地球卫星,还向宇宙空间发射了多个空间探测器.空间探测器要飞向火星等其他行星,甚至飞出太阳系,首先要克服地球对它的引力的作用.理论研究表明,物体在地球附近都受到地球对它的万有引力的作用,具有引力势能,设物体在距地球无限远处的引力势能为零,则引力势能可以表示为E=-G,其中G是万有引力常量,M是地球的质量,m是物体的质量,r是物体距地心的距离.已知:现有一个空间探测器随空间站一起绕地球做圆周运动,运行周期为T,已知探测器的质量为m,地球半径为R,地面附近的重力加速度为g.求:
(1)该空间探测器环绕地球运动的线速度;
(2)要使这个空间探测器从空间站出发,脱离地球的引力作用,至少要对它做多少功.
正确答案
解:(1)空间探测器绕地球作圆周运动,由得空间站的轨道半径为:r=
随空间站一起运动时,空间探测器的速度为:v==
=
(2)空间探测器的动能为:=
.
随空间站一起运动时,空间探测器具有的机械能为:
E1=-+
=
+
=-
空间站要脱离地球的引力,机械能最小值为E∞=0,因此,对探测器做功为:
W=E∞-E1=
由地面附近的重力加速度g=G 得:W=
答:(1)该空间探测器环绕地球运动的线速度为.
(2)要使这个空间探测器从空间站出发,脱离地球的引力作用,至少要对它作的功.
解析
解:(1)空间探测器绕地球作圆周运动,由得空间站的轨道半径为:r=
随空间站一起运动时,空间探测器的速度为:v==
=
(2)空间探测器的动能为:=
.
随空间站一起运动时,空间探测器具有的机械能为:
E1=-+
=
+
=-
空间站要脱离地球的引力,机械能最小值为E∞=0,因此,对探测器做功为:
W=E∞-E1=
由地面附近的重力加速度g=G 得:W=
答:(1)该空间探测器环绕地球运动的线速度为.
(2)要使这个空间探测器从空间站出发,脱离地球的引力作用,至少要对它作的功.
中国的探月计划分三个阶段,2007年10月24日18时05分,搭载着我国首颗探月卫星“嫦娥一号”的长征三号甲运载火箭在西昌卫星发射中心三号塔架点火发射,这是第一阶段,卫星将环月飞行,拍摄一些月球表面的三维图象.第二阶段,探测器将在月球上实现软着陆.而在第三阶段,中国将发射一个能收集月球样品,并能重返地球的宇宙飞行器.中国计划在2017年实现返回式月球软着陆器对月球进行科学探测,如图所示,届时将发射一颗运动半径为r的绕月卫星,登月着陆器从绕月卫星出发,沿椭圆轨道降落到月球的表面上,与月球表面经多次碰撞和弹跳停下来.假设着陆器第一次弹起的最大高度为h,水平速度为v1,第二次着陆时速度为v2,已知月球半径为R,着陆器质量为m,不计一切阻力和月球的自转.求:
(1)月球表面的重力加速度g月.
(2)在月球表面发射一颗月球卫星的最小发射速度是多大?
正确答案
解:(1)根据动能定理得 .
(2)由mg月=m得 v=
=
答:(1)月球表面的重力加速度g月是.
(2)在月球表面发射一颗月球卫星的最小发射速度是.
解析
解:(1)根据动能定理得 .
(2)由mg月=m得 v=
=
答:(1)月球表面的重力加速度g月是.
(2)在月球表面发射一颗月球卫星的最小发射速度是.
火星表面特征接近地球,可供人类移居.已知火星半径是地球半径的,质量是地球质量的
,自转周期与地球的基本相同.地球表面重力加速度为g.则火星表面的重力加速度为( )
正确答案
解析
解:根据万有引力定律的表达式,结合引力等于重力,则有:G=mg
得到:g=.
已知火星半径是地球半径的,质量是地球质量的
,火星表面的重力加速度是
.故C正确,ABD错误.
故选:C.
2013年12月2日1时30分,我国成功发射了“嫦娥二号”探月卫星,12月6日17时47分卫星顺利进入环月轨道.已知地球半径为R1,月球半径为R2,地球表面处的重力加速度为g.若该卫星在地球、月球表面的重力分别为G1、G2则( )
正确答案
解析
解:A、卫星的质量为m=,月球表面处的重力加速度g月=
=
g.故A错误;
B、由g=,得到月球的质量M月=
,M地=
,又
=
,整理得,月球的质量与地球的质量之比为
.故B错误;
C、设卫星质量为m,由mg月=m,g月=
g,解得T月=2π
.故C正确;
D、月球的第一宇宙速度为v月=,地球的第一宇宙速度为v地=
,将G1=mg,G2=mg月代入解得:
=
.故D错误.
故选:C.
一宇宙飞船绕一个不知名的行星表面飞行,要测定该行星的密度,只需( )
正确答案
解析
解:根据密度公式得:
ρ==
A、根据根据万有引力提供向心力,列出等式:
得:M=
代入密度公式得:ρ==
,故A正确.
B、已知飞船的轨道半径,无法求出行星的密度,故B错误.
C、测定行星的体积,不知道行星的质量,故C错误.
D、已知飞船的运行速度,根据根据万有引力提供向心力,列出等式得:,得M=
,代入密度公式无法求出行星的密度,故D错误.
故选:A.
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