- 万有引力与航天
- 共16469题
为了估算一个天体的质量,需要知道绕该天体做匀速圆周运动的另一星球的条件是( )
正确答案
解析
解:A、研究另一星球绕该天体做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力得:
=m
r,m为星球的质量,M为天体的质量.
解得:M=,故A正确.
B、根据A选项分析,已知星球质量和运转周期,不能求解天体的质量.故B错误.
C、已知线速度和运转周期,根据圆周运动知识v=,得轨道半径r=
,根据A选项分析能求得天体的质量,故C正确.
D、已知环绕速度和质量,不能求解天体质量.故D错误.
故选AC.
研究发现,月球的平均密度和地球的平均密度差不多,当航天飞机贴近月球表面飞行时,下列哪些物理量的大小跟航天飞机贴近地球表面飞行时差不多(球的体积公式为)( )
正确答案
解析
解:航天飞机贴近月球表面飞行与航天飞机贴近地球表面飞行时,均有万有引力提供向心力
即
又因为
所以解得:
.
A、由,可以看出a跟星球的半径r有关系,r不相同,v就不等.故A错误.
B、由,可以看出v跟星球的半径r有关系,r不相同,v就不等.故B错误.
C、由,可以看出ω跟星球的半径r无关,而其它各量均相等,故角速度ω相等.故C正确.
D、由,可以看出T跟星球的半径r无关,而其它各量均相等,故周期T相等.故D正确.
故选CD.
已知地球的半径rE=6.37×103km,地球的质量mE=5.98×1024kg,假设地球为均匀球体.
(1)若两个质量都为1kg的均匀球体的球心相距1m,求它们之间的引力.
(2)质量为1kg的物体在地面上受到地球的引力为多大?
正确答案
解:(1)根据万有引力公式F=得相距1m的均匀球体间的引力
=6.67×10-11N
(2)根据万有引力公式F=得质量为1kg的物体在地面上受到地球的引力
F==9.83N
答:(1)若两个质量都为1kg的均匀球体的球心相距1m,它们之间的引力为6.67×10-11N;
(2)质量为1kg的物体在地面上受到地球的引力为9.83N.
解析
解:(1)根据万有引力公式F=得相距1m的均匀球体间的引力
=6.67×10-11N
(2)根据万有引力公式F=得质量为1kg的物体在地面上受到地球的引力
F==9.83N
答:(1)若两个质量都为1kg的均匀球体的球心相距1m,它们之间的引力为6.67×10-11N;
(2)质量为1kg的物体在地面上受到地球的引力为9.83N.
据媒体报道,嫦娥一号卫星环月工作轨道为圆轨道,卫星离月球表面的高度为200km,运行周期127min.若还知道引力常量G和月球平均半径R,仅利用上述条件能求出的是( )
正确答案
解析
解:A、绕月卫星绕月球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,设卫星的质量为m、轨道半径为r、月球质量为M,有:…①
地球表面重力加速度公式有:
g月=…②
联立①②可以求解出月球表面的重力加速度,故A正确
B、由于卫星的质量未知,故月球对卫星的吸引力无法求出,故B错误
C、由v=可以求出卫星绕月球运行的速度,故C正确
D、由a=()2(r+h)可以求出卫星绕月运行的加速度,故D正确
故选:ACD
我国航天计划的下一目标是登上月球,当飞船靠近月球表面的圆形轨道绕行几圈后登陆月球,飞船上备有以下实验器材:A.计时表一只;B.弹簧测力计一个;C.已知质量为m的物体一个;D.天平一只(附砝码一盒).已知宇航员在绕行时及着陆后各做了一次测量,依据测量的数据,可求出月球的半径R及月球的质量M(已知引力常量为G)
(1)两次测量不需要选用的器材为______ (填选项前的字母).
(2)两次测量的物理量是______和______.
(3)试用所给物理量的符号分别写出月球半径R和质量M的表达式.R=______,M=______.
正确答案
D
飞船绕月球运行的周期T
质量为m的物体在月球表面所受重力的大小F
解析
解:(1)重力等于万有引力mg=
万有引力等于向心力:
由以上两式解得
R=---①
M=-----②
由牛顿第二定律
F=mg------③
因而需要用计时表测量周期T,用天平测量质量,用弹簧秤测量重力;故不需要的器材为天平一只(附砝码一盒).
故选:D.
(2)由第一问讨论可知,需要用计时表测量周期T,用天平测量质量,用弹簧秤测量重力;
故答案为:飞船绕月球表面运行的周期T,质量为m的物体在月球上所受的重力F.
(3)由①②③三式可解得
R=
M=
故答案为(1)D;(2)飞船绕月球运行的周期T;质量为m的物体在月球表面所受重力的大小F;
(3);
.
模拟我国志愿者王跃曾与俄罗斯志愿者一起进行“火星500”的实验活动.假设王跃登陆火星后,测得火星的半径是地球半径的,质量是地球质量的
.已知地球表面的重力加速度是g,地球的半径为R,王跃在地面上能向上竖直跳起的最大高度是h,忽略自转的影响,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由G,得到:g=
,已知火星半径是地球半径的
,质量是地球质量的
,
则火星表面的重力加速度是地球表重力加速度的,即为
.
设火星质量为M′,由万有引力等于中可得:G=mg′,
解得:M′,
密度为:ρ==
.故A正确;
B、g=,已知火星半径是地球半径的
,质量是地球质量的
,
则火星表面的重力加速度是地球表重力加速度的,即为
g.故B正确;
C、由G,得到v=
,火星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的
倍.故C错误;
D、王跃以v0在地球起跳时,根据竖直上抛的运动规律得出可跳的最大高度是:h=,
由于火星表面的重力加速度是,王跃以相同的初速度在火星上起跳时,可跳的最大高度h′=
,D正确.
故选:ABD.
我国首颗月球探测卫星“嫦娥一号”简化后的路线示意图如图所示.卫星由地面发射后,先经过地面发射轨道进入地球附近的停泊轨道做匀速圆周运动;然后从停泊轨道经过调控进入地月转移轨道;到达月球附近时,再次调控进入工作轨道做匀速圆周运动.这时卫星将开始对月球进行探测.已知地球与月球的质量之比为m,卫星的停泊轨道与工作轨道的轨道半径之比为n.则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、人造地球卫星运动时,由万有引力充当向心力,即有:
G=m
=m
r
v=,
已知地球与月球的质量之比为m,卫星的停泊轨道与工作轨道的轨道半径之比为n,
所以卫星在停泊轨道和工作轨道运行的速度之比为,故A错误;
B、T=2π,已知地球与月球的质量之比为m,卫星的停泊轨道与工作轨道的轨道半径之比为n,
所以卫星在停泊轨道和工作轨道运行的周期之比为,故B正确;
C、第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,也是圆轨道的最大运行速度.所以卫星在停泊轨道运行的速度小于地球的第一宇宙速度,故C正确.
D、卫星从发射后到进人工作轨道过程中,需要卫星的发动机点火,使卫星加速,通过外力克服引力做功,使卫星机械能增加才能达到目的.所以机械能不守恒,故D错误.
故选:BC.
一星球的半径为R,为了测量该星球两极和赤道的重力加速度及星球自转角速度,某人用小球在该星球表面做了以下实验:(不计小球在运动的过程中所受阻力)
①在该星球的两极(相当于地球的南极和北极),以初速度v0(相对地面)从h高处将一小球水平抛出,小球触地时速度与水平方向成α角.则测量的该星球两极的重力加速度为______;
②在该星球的赤道上(相当于地球的赤道),同样以速度v0(相对地面)从h高处将一小球水平抛出,小球触地时速度与水平方向成β角.该星球赤道上的重力加速度为______;该星球的自转角速度为______.
正确答案
解:①小球做平抛运动,根据平抛运动的分运动公式,有:
vx=v0
联立解得:
g=
②小球做平抛运动,根据平抛运动的分运动公式,有:
vx=v0
联立解得:
g′=
赤道物体随着星球做匀速圆周运动,受万有引力,重力是万有引力与向心力的差值,故:
m(g-g′)=mω2R
将g和g′代入,有:
ω=
故答案为:
①;
②,
.
解析
解:①小球做平抛运动,根据平抛运动的分运动公式,有:
vx=v0
联立解得:
g=
②小球做平抛运动,根据平抛运动的分运动公式,有:
vx=v0
联立解得:
g′=
赤道物体随着星球做匀速圆周运动,受万有引力,重力是万有引力与向心力的差值,故:
m(g-g′)=mω2R
将g和g′代入,有:
ω=
故答案为:
①;
②,
.
“嫦娥一号”探月卫星以圆形轨道绕月飞行,卫星将获取的信息以微波信号发回地球,假设卫星绕月的轨道平面与地月连心线共面,各已知物理量如表中所示:
(1)嫦娥一号在奔月过程中可能会经过受地球和月球引力的合力为零的位置,求这位置离月球表面的高度H.
(2)求嫦娥一号在圆轨道半径为r1上绕月球飞行的周期为T.(忽略地球引力的影响;所有结果均用表格已知物理量表达)
正确答案
解:(1)设卫星的质量为m‘,由万有引力定律得:
卫星受地球和月球引力相等有:
G =G
①
由题意知,L1+L2=r ②
卫星到月球表面的距离为:h=L2-R1 ③
由①②③可解得h=
(2)由月球对卫星的万有引力提供向心力可得:
G=mr1
④
而在月球表面有:G=m′g1 ⑤
由④⑤两式可解得卫星的周期T=
答:(1)嫦娥一号在奔月过程中受地球和月球引力相等时离月球表面的高度为;
(2)嫦娥一号在圆轨道半径为r1上绕月球飞行的周期为.
解析
解:(1)设卫星的质量为m‘,由万有引力定律得:
卫星受地球和月球引力相等有:
G =G
①
由题意知,L1+L2=r ②
卫星到月球表面的距离为:h=L2-R1 ③
由①②③可解得h=
(2)由月球对卫星的万有引力提供向心力可得:
G=mr1
④
而在月球表面有:G=m′g1 ⑤
由④⑤两式可解得卫星的周期T=
答:(1)嫦娥一号在奔月过程中受地球和月球引力相等时离月球表面的高度为;
(2)嫦娥一号在圆轨道半径为r1上绕月球飞行的周期为.
已知某星球的半径为R,星球的质量为M,它的自转周期为T,有一质量为m的物体静置于该星球的赤道上,试求物体所受的支持力FN有多大?(不能忽略星球的自转)
正确答案
解:星球对物体的万有引力和支持力的合力提供向心力,
由万有引力定律和牛顿第二定律得:,
圆周运动的角速度为,
解得:;
答:物体所受的支持力大小为G-m
R.
解析
解:星球对物体的万有引力和支持力的合力提供向心力,
由万有引力定律和牛顿第二定律得:,
圆周运动的角速度为,
解得:;
答:物体所受的支持力大小为G-m
R.
某物体在地面上受到的重力为160N,将它置于宇宙飞船中,当宇宙飞船以a=g的加速度匀加速上升时,上升到某高度时物体所受的支持力为90N,求此宇宙飞船离地面的高度.(取地球半径R地=6.4×103km,地球表面处重力加速度g=10m/s2)
正确答案
解:对静止在地球表面的物体进行受力分析,物体受重力和弹簧的拉力F.
G0=mg=F=160N.
其中g为地球表面的重力加速度,取10m/s2
则得出物体质量m=16Kg.
该物体放在宇宙飞船中,对物体进行受力分析,物体受重力和弹簧的拉力T.
宇宙飞船中以a=的加速度匀加速竖直向上,根据牛顿第二定律得:
T-G′=ma
由题T=90N,代入解得:G′=10N.
由于不考虑地球自转的影响,根据万有引力等于重力得出:
在地球表面:G0=G=160N
在宇宙飞船中:G′==10N
得:r=4R=4×6.4×103km
即此时宇宙飞船距地高度为:h=r-R=3R=3×6.4×103km=1.92×107m.
答:此时宇宙飞船离地面的距离是1.92×107m.
解析
解:对静止在地球表面的物体进行受力分析,物体受重力和弹簧的拉力F.
G0=mg=F=160N.
其中g为地球表面的重力加速度,取10m/s2
则得出物体质量m=16Kg.
该物体放在宇宙飞船中,对物体进行受力分析,物体受重力和弹簧的拉力T.
宇宙飞船中以a=的加速度匀加速竖直向上,根据牛顿第二定律得:
T-G′=ma
由题T=90N,代入解得:G′=10N.
由于不考虑地球自转的影响,根据万有引力等于重力得出:
在地球表面:G0=G=160N
在宇宙飞船中:G′==10N
得:r=4R=4×6.4×103km
即此时宇宙飞船距地高度为:h=r-R=3R=3×6.4×103km=1.92×107m.
答:此时宇宙飞船离地面的距离是1.92×107m.
宇航员站在某质量分布均匀的星球表面一斜坡上P点,沿水平方向以初速度v0抛出一个小球,测得小球经时间t落到斜坡另一点Q上,斜坡的倾角α,已知该星球的半径为R,引力常量为G,已知球的体积公式是V=
πR3.求:
(1)该星球表面的重力加速度g;
(2)该星球的密度;
(3)该星球的第一宇宙速度.
正确答案
解:(1)物体落在斜面上有:
所以g=.
(2)根据万有引力等于重力,解得星球的质量M=
.
而V=.
则密度.
(3)根据万有引力提供向心力得,
则v==
.
答:(1)该星球表面的重力加速度为.
(s)该星球的密度为.
(2)该星球的第一宇宙速度为.
解析
解:(1)物体落在斜面上有:
所以g=.
(2)根据万有引力等于重力,解得星球的质量M=
.
而V=.
则密度.
(3)根据万有引力提供向心力得,
则v==
.
答:(1)该星球表面的重力加速度为.
(s)该星球的密度为.
(2)该星球的第一宇宙速度为.
(2015秋•商丘期末)有a、b、c、d四颗地球卫星,a还未发射,在赤道表面上随地球一起转动,b是近地轨道卫星,c是地球同步卫星,d是高空探测卫星,它们均做匀速圆周运动,各卫星排列位置如图所示,则( )
正确答案
解析
解:A、卫星a在赤道平面随地球一起转动,靠万有引力和支持力的合力提供向心力,不是靠重力提供向心力,所以a的向心加速度不等于重力加速度g,故A错误.
BD、根据G=m
=m
r,得v=
,T=2π
.由v=
,知b、c、d中,b的线速度最大,在相同时间内弧长最长.d的轨道半径最大,则周期最长.故B错误,D正确.
C、c为地球同步卫星,轨道半径一定,则高度一定,故C错误.
故选:D
若某卫星绕天体运动的轨道半径为r,周期为T,天体半径为R,则该天体的质量为______,其密度为______,如果卫星贴近天体运行,则其密度表达式为______.
正确答案
解析
解:卫星做圆周运动万有引力提供圆周运动向心力,令天体的质量为M,卫星的质量为m,所以有:
解得:M=
因为天体的半径为R,则天体的体积为:
所以天体的密度为:=
=
若卫星贴近地面飞行时有r=R,所以此时密度表达式为:
ρ==
故答案为:,
,
天文单位(简写AU)是天文常数之一.历史上定义为地球和太阳之间的平均距离.已知水星距离太阳为0.4AU,木星距离太阳约5.2AU,海王星距离太阳约30.1AU,则通过估算判断下述行星公转角速度最接近10-9rad/s的是( )
正确答案
解析
解:行星绕太阳运动,根据得,ω=
,由此可知,设某行星的公转角速度为ω1,地球的公转角速度为ω2,则
,地球公转的角速度为
,行星的角速度为
rad/s,可得
,海王星最接近.故D正确,A、B、C错误.
故选D.
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