- 万有引力与航天
- 共16469题
一物体从行星表面附近某高度处自由下落(不计阻力).自开始下落计时,得到物体离行星表面高度h随时间t变化的图象如图所示,则根据图象可以求得( )
正确答案
解析
解:A、物体离行星表面的高度为25m,落地时间为2.5s,根据h=,得出时间t,再根据公式v=gt,求出落地的速度.故A、C正确.
B、由于不知道行星的半径,所以不能求出行星的质量.故B错误.
D、由于不知道物体的质量,所以不能求出物体受到行星的引力大小.故D错误.
故选AC.
一卫星绕某一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:宇航员用弹簧秤竖直悬挂质量为m的钩码时,弹簧秤的示数为F,则有:
g=
一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动,根据万有引力等于需要的向心力得
=m′
根据万有引力等于重力得
=m′g
解得这颗行星的质量M=,
故选B.
某行星表面的重力加速度是地球表面重力加速度的,那么把在地球表面上走得很准的摆钟搬到这个行星表面上,它的分针转一圈经历的时间实际应是______小时.
正确答案
1.5
解析
解:根据单摆的周期公式T=得,行星表面的重力加速度是地球表面重力加速度的
,则单摆在行星表面的周期是地球表面周期的
倍,在地球表面分针转一圈时间为1h,则在行星表面分针转一圈的实际时间为1.5h.
故答案为:1.5.
“神舟十号”飞船绕地球的运动可视为匀速圆周运动,其轨道高度距离地面约340km,则关于飞船的运行,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、飞船飞行过程中只受地球引力作用下做匀速圆周运动,故万有引力提供飞船运行的向心力,故A正确;
B、飞船做匀速圆周运动,合力不为零,故飞船处于非平衡状态,故B错误;
C、据万有引力提供圆周运动向心力知飞船的速度随轨道半径增大而减小,而第一宇宙速度是近地卫星运行的速度,是绕地球圆周运动的最大速度,故飞船运行速度小于第一宇宙速度,C错误;
D、在地球表面重力与万有引力大小相等,由可知,飞船的加速度随轨道半径的增大而减小,故飞船的加速度小于地球表面的重力加速度,故D错误.
故选:A.
已知月球表面重力加速度是地球表面重力加速度的,月球质量是地球质量的
.则月球半径是地球半径的______.
正确答案
解析
解:地球表面重力与万有引力相等,故有:
可得地球表面重力加速度为:
同理月亮表面的重力加速度为:
所以:
所以:
即月球半径是地球半径的
故答案为:
银河系中存在一些“双星”,即相互间距离较近的两颗恒星,它们除围绕银河系中心“公转”外,还绕它们连线上的某一点做角速度相同的匀速圆周运动.图中的A、B就是这样的“双星”.若已知AB间距为L,绕行周期为T,圆周半径比rA:rB=2:1,求每个恒星的质量.
正确答案
解:设两颗恒星的质量分别为mA、mB,做圆周运动的半径分别为rA、rB.根据题意有:
rA+rB=L
根据万有引力定律和牛顿定律,有
G=mA(
)2rA
G=mB(
)2rB
联立以上三式解得:,
;
答:恒星A的质量为,恒星B的质量为
.
解析
解:设两颗恒星的质量分别为mA、mB,做圆周运动的半径分别为rA、rB.根据题意有:
rA+rB=L
根据万有引力定律和牛顿定律,有
G=mA(
)2rA
G=mB(
)2rB
联立以上三式解得:,
;
答:恒星A的质量为,恒星B的质量为
.
已知木星是太阳的一颗大行星,若要求出太阳的质量,需知道木星公转的______和______.
正确答案
轨道半径
周期
解析
解:已知木星是太阳的一颗大行星,根据万有引力提供向心力,
=m
r
M=
所以若要求出太阳的质量,需知道木星公转的轨道半径和周期.
故答案为:轨道半径;周期
(2016•诏安县校级一模)一宇航员站在某质量分布均匀的星球表面上沿竖直方向以初速度v0抛出一个小球,测得小球经过时间t落回地出点,已知该星球半径为R,则该星球的第一宇宙速度为( )
正确答案
解析
解:竖直上抛落回原点的速度大小等于初速度,方向与初速度相反.
设星球表面的重力加速度为g,由竖直上抛规律可得:
v0=-v0+gt
解得:
由地面万有引力等于重力,万有引力提供向心力可得:
解得:
故A正确
故选:A
某颗典型的中子星半径r=16km,其表面重力加速度g=9×1011m/s2,便于计算,取引力常量G=6.4×10-11N•m2/kg2,求(结果保留两位有效数字).
(1)贴近中子星表面,沿圆轨道运动的小卫星的速度.
(2)中子星的质量.
正确答案
解:(1)贴近中子星表面,沿圆轨道运动,根据万有引力等于向心力有:
=m
,r=R
根据中子星表面的物体受到的重力等于万有引力,有:
=mg,r=R
解得恒星速度为:v==1.2×108m/s,
(2)根据中子星表面的物体受到的重力等于万有引力,有:
=mg,r=R
解得:M==3.6×1030kg,
答:(1)贴近中子星表面,沿圆轨道运动的小卫星的速度是1.2×108m/s;
(2)中子星的质量是3.6×1030kg.
解析
解:(1)贴近中子星表面,沿圆轨道运动,根据万有引力等于向心力有:
=m
,r=R
根据中子星表面的物体受到的重力等于万有引力,有:
=mg,r=R
解得恒星速度为:v==1.2×108m/s,
(2)根据中子星表面的物体受到的重力等于万有引力,有:
=mg,r=R
解得:M==3.6×1030kg,
答:(1)贴近中子星表面,沿圆轨道运动的小卫星的速度是1.2×108m/s;
(2)中子星的质量是3.6×1030kg.
如图所示,A表示地球,它的半径为R,自转角速度为ω1,表面重力加速度为g,一人造卫星B在赤道平面内绕圆轨道运行,离地面的离度为H,求:
①卫星B的运动角速度ω2.
②假设卫星B绕行方向与地球的自转方向相同,某时刻地球的同步卫星正好在B的正上方离B最近,那么从这一时刻起,还要最少经过多长时间,B能运动到同步卫星的正下方和同步卫星最近?
正确答案
解:(1)设地球A的质量是M,卫星B的质量为m,
卫星B绕地球做圆周运动的半径r=R+H,
卫星B做圆周运动的向心力由A对它的万有引力提供,
由牛顿第二定律可得:G=mω22(R+H)①,
地球表面的物体m′受到的重力等于地球对它的万有引力,
即:m′g=G ②,
由①②解得:ω2=R ③;
(2)设经过时间t,B能再次运动到同步卫星的正下方和同步卫星最近,
此时卫星B与同步卫星转过的圆心角之差等于2π弧度,
即:ω2t-ω1t=2π ④,
由③④解得:t=;
答:(1)卫星B的运动角速度ω2=R.
(2)经过时间B能运动到同步卫星的正下方和同步卫星最近.
解析
解:(1)设地球A的质量是M,卫星B的质量为m,
卫星B绕地球做圆周运动的半径r=R+H,
卫星B做圆周运动的向心力由A对它的万有引力提供,
由牛顿第二定律可得:G=mω22(R+H)①,
地球表面的物体m′受到的重力等于地球对它的万有引力,
即:m′g=G ②,
由①②解得:ω2=R ③;
(2)设经过时间t,B能再次运动到同步卫星的正下方和同步卫星最近,
此时卫星B与同步卫星转过的圆心角之差等于2π弧度,
即:ω2t-ω1t=2π ④,
由③④解得:t=;
答:(1)卫星B的运动角速度ω2=R.
(2)经过时间B能运动到同步卫星的正下方和同步卫星最近.
如图,发射同步通讯卫星一般都要采用变轨道发射的方法:点火,卫星进入停泊轨道(圆形轨道),当卫星穿过赤道平面A时,点火,卫星进入转移轨道(椭圆轨道),当卫星达到远地点B时,点火,进入静止轨道(同步轨道).这下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据G=m
得,v=
,知轨道半径越大,线速度越小,则卫星在同步轨道上的线速度小于圆形轨道上的速度.故A错误.
B、卫星在同步轨道上的运行周期与地球的自转周期相等.故B错误.
C、变轨前后卫星的机械能增大.故C错误.
D、同步卫星的角速度与地球自转的角速度相等,即与地球赤道上物体的角速度相等.故D正确.
故选:D.
已知金星和水星绕太阳公转的轨道如图所示,公转周期分布是224天和88天,则下列说法不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由v=,知轨道半径越大,线速度越小,则水星的公转线速度大于金星公转线速度,故A正确.
BD、地球公转周期为1年=365天,大于金星和水星的公转周期,由开普勒第三定律知,地球公转半径比水星、金星的公转轨道半径都大,应在金星外侧,而水星和金星的公转线速度都大于地球的公转线速度,故B错误,D正确.
C、设再经过t时间,水星再次出现在太阳和金星连线上中间某一点的位置,则有
2π=(-
)t,得 t=
=
天≈145天,故C正确.
故选:ACD.
据观测,某一有自转的行星外围有一模糊不清的环,为了判断该环是行星的连续物还是行星的卫星群,测出了环中各层的线速度v的大小与该层至行星中心的距离R,那么,若测量结果是v与R成正比,则环是______;若v2与R成反比,则环是______.
正确答案
连续物
卫星群
解析
解:若是行星的一部分 则各层转动的角速度相等,根据v=ωr得:v∝r即速度与半径R正比,若是卫星群则根据,可知
,即v2与R成反比.
故答案为:连续物,卫星群.
据每日邮报2014年4月18日报道,美国国家航空航天局(NASA)目前宣布首次在太阳系外发现“类地”行星Kepler-186f.假如宇航员乘坐宇宙飞船到达该行星,进行科学观测:该行星自转周期为T;宇航员在该行星“北极”距该行星地面附近h处自由释放-个小球(引力视为恒力),落地时间为t.已知该行星半径为R,万有引力常量为G,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据自由落体运动求得星球表面的重力加速度g=
A、星球的第一宇宙速度v==
,故A错误;
B、根据万有引力提供圆周运动向心力有:=m
r
可得卫星的周期T=2π,可知轨道半径越小周期越小,卫星的最小半径为R,
则周期最小值为Tmin=2π=πt
,故B正确;
C、由=mg有:
M=,所以星球的密度ρ=
=
,故C错误;
D、同步卫星的周期与星球自转周期相同故有:=m
r,r=R+h,
代入数据解得:h=-R,故D错误.
故选:B.
卫星电话在抢险救灾中能发挥重要作用.第一代、第二代海事卫星只使用静止轨道卫星,不能覆盖地球上的高纬度地区.而第三代海事卫星采用同步和中轨道卫星结合的方案,解决了覆盖全球的问题.它由4颗同步卫星与12颗中轨道卫星构成.中轨道卫星高度约为地球半径的2倍,分布在几个轨道平面上(与赤道平面有一定的夹角).地球表面处的重力加速度为g,则中轨道卫星处的重力加速度约为( )
正确答案
解析
解:由题意可知中轨道卫星的轨道半径是地球半径的3倍,设地球半径为R,则中轨道卫星的轨道半径为3R,
在地球表面有:
对中轨道卫星有:
解得:
故选B.
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