- 万有引力与航天
- 共16469题
甲、乙两颗圆球形行星半径相同,质量分别为M和2M,若不考虑行星自转的影响,下述判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据万有引力定律F=G∝M,得质量相同的物体在甲、乙行星表面所受万有引力大小之比为1:2,不相等,故A错误;
B、在行星表面,不考虑行星自转的影响,重力等于万有引力,故:mg=G,故g=
∝M,故两颗行星表面的重力加速度大小之比为1:2,即2g甲=g乙,故B错误;
CD、行星的卫星的最大环绕速度即为该行星的第一宇宙速度,万有引力等于向心力,故:
G=m
解得:
v=∝
故两颗行星表面的重力加速度大小之比为1:;
故两颗行星的卫星的最大环绕速度v甲<v乙,故C错误,D正确;
故选:D
“重力勘探”是应用地球表面某处重力加速度的异常来寻找矿床的一种技术.如图所示,若在地球表面A处正下方有一均匀分布且半径为R球形矿床,球心与A相距r.矿床的密度为nρ(n>1,ρ为地球的平均密度),万有引力常量为G.则仅由于该矿床的存在,A处的重力加速度的变化量△g为( )
正确答案
解析
解:矿床对对表面物质的吸引力 (M1是矿床的质量).
如果将矿床替换为普通地球的物质 则 这个普通物质对地球表面物质的吸引力
(M2是普通物质的质量).
那么这时在有矿床的地方的重力加速度 mg矿=mg-F2+F1
所以m(g矿-g)=F1-F2=
得△g=g矿-g=
由于 矿床的密度为nρ
所以
而 (ρ是地球平均密度)
所以.故A正确,B、C、D错误.
故选A.
宇宙中两颗相距较近的天体称为“双星”,它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动,而不至于因万有引力的作用吸引到一起.设二者的质量分别为m1和m2,二者相距为L,求:
(1)该双星系统中两颗星的轨道半径;
(2)该双星系统的运行的角速度.
正确答案
解:(1)这两颗星万有引力提供向心力,有:
G=m1ω2R1…①
G=m2ω2R2…②
①②两式相除,得:=
.
又因为R1+R2=L,所以有:
R1=,R2=
(2)两星的角速度相同,则:
G=m1ω2R1 …③
G=m2ω2R2…④
③式消去m1,④式消去m2得:
解得:ω=.
答:(1)该双星系统中两颗星的轨道半径分别是,
;
(2)该双星系统的运行的角速度是.
解析
解:(1)这两颗星万有引力提供向心力,有:
G=m1ω2R1…①
G=m2ω2R2…②
①②两式相除,得:=
.
又因为R1+R2=L,所以有:
R1=,R2=
(2)两星的角速度相同,则:
G=m1ω2R1 …③
G=m2ω2R2…④
③式消去m1,④式消去m2得:
解得:ω=.
答:(1)该双星系统中两颗星的轨道半径分别是,
;
(2)该双星系统的运行的角速度是.
“神舟三号”顺利发射升空后,在离地面340km的圆轨道上运行了108圈.运行中需要多次进行“轨道维持”,使飞船能保持在预定轨道上稳定运行.如果不进行轨道维持,由于飞船受轨道上稀薄空气的摩擦阻力,轨道高度会逐渐降低,在这种情况下飞船的动能、重力势能和机械能变化情况将会是( )
正确答案
解析
解:由于飞船受轨道上稀薄空气的摩擦阻力,轨道高度会逐渐降低,
由于阻力很小,轨道高度的变化很慢,飞船运行的每一圈仍可认为是匀速圆周运动.由于摩擦阻力做负功,
根据能量守恒定律,飞船的机械能减小;由于重力做正功,
根据重力做功与重力势能变化的关系,飞船的重力势能减小;
根据v=,飞船动能将增大.
故选B.
探测器绕月球做匀速圆周运动,变轨后在周期较大的轨道上仍做匀速圆周运动,则变轨后与变轨前相比( )
正确答案
解析
解:设探测器的质量为m,地球的质量为M,则
G=ma=m
=mω2r
则得 T=2,a=
,v=
,ω=
可见,周期变大,轨道半径变大,而向心加速度a、线速度v和角速度均变小,故ACD正确,B错误.
故选ACD
最近,科学家在望远镜中看到太阳系外某一恒星系中的一行星,并测得它围绕该恒星运动一周所用的时间为1 200年,它与该恒星的距离为地球到太阳距离的100倍.假定该行星绕恒星运动的轨道和地球绕太阳运动的轨道都是圆周,仅利用以上两个数据可以求出的量有( )
正确答案
解析
解:行星绕恒星做匀速圆周运动,设恒星质量为M,行星质量为m,轨道半径为r,根据万有引力提供向心力得:
得:…①
故太阳的质量为:…②
A、由于不知道行星和地球质量的关系,所以无法求得行星的向心力与地球的向心力之比,故A错误;
B、恒星的密度为:,由于不知道恒星和太阳的半径,所以无法求得恒星的密度与太阳的密度之比,故B错误;
C、由于地球的公转周期为1年,根据①②式可以求得恒星质量与太阳质量之比,故C正确;
D、根据且已知行星和地球的轨道半径和周期关系,故可求行星的向心加速度与地球公转向心加速度之比,故D正确;
故选:CD.
登月飞船绕月球表面做匀速圆周运动的线速度为v;飞船在月球表面上降落后,宇航员用弹簧测力计测量一质量为m的物体的重力,物体静止时,弹簧测力计的示数为F.万有引力常量为G,则月球的质量为( )
正确答案
解析
解:由题意可知,月球表面的重力加速度g=,
根据mg=m得,月球的半径R=
,
根据得,月球的质量M=
.
故选:D.
太阳系的第二大行星土星的卫星很多,其中土卫五和土卫六绕土星的运动可近似看作圆周运动,下表是关于土卫五和土卫六两颗卫星的资料.两卫星相比( )
正确答案
解析
解:设土星的质量为M,
A、由开普勒第三定律,半径越大,周期越大,所以土卫五的公转周期小.故A正确;
B、由卫星速度公式v=,公转半径越大,卫星的线速度越小,则土卫六的公转线速度小.故B错误;
C、由卫星角速度公式ω==
,公转半径越小,角速度越大,则土卫五的公转角速度大.故C错误.
D、由卫星向心加速度公式a=,公转半径越小,向心加速度越大,则土卫五的向心加速度大.故D错误.
故选A
如图.地球赤道上的山丘e,近地资源卫星p和同步通信卫星q均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动.设e、p、q,的圆周运动速率分别为v1、v2、v3,向心加速度分别为a1、a2、a3,则( )
正确答案
解析
解:对于卫星来说根据万有引力提供向心力有
解得v=
故卫星的轨道半R径越大,卫星的线速度v越小.
由于近地资源卫星p的轨道半径小于同步通信卫星q的轨道半径,
故同步卫星q的线速度v3小于近地资源卫星p的线速度v2,
即v3<v2.
由于同步通信卫星q和赤道上的山丘e的角速度相同,到地心的距离Rq>Re即ωe=ωq根据v=ωR可得
v1=ωeRev2=ωqRq即v2>v1故A、B错误.
对于p和q来说有
=ma
可得a=
由于Rp<Rq
则ap>aq即a2>a3根据a=ω2R
由于Rq>Re可得aq>ae即a3>a1故a2>a3>a1故C错误,D正确.
故选D.
变轨技术在飞船和空间站对接过程中有着广泛的应用.若某空间站运动的轨道可近似看做是以地心为中心,半径为r1的圆,现有一艘准备和该空间站对接的飞船已被火箭送入较为接近空间站的轨道,它正以地心为中心,半径为r2做匀速圆周运动.已知r1>r2,现开动飞船上的小火箭,以实现飞船和空间站成功对接,下列说法正确的有( )
正确答案
解析
解:AB、飞船和空间站均做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,飞船的轨道半径小于空间站的轨道半径,要变轨到较高的轨道,需要做离心运动,故需要加速;故小火箭应向飞船前进的后方喷出燃气,利用反冲使飞船加速;故A错误,B正确;
CD、当飞船和空间站对接成功后,依然做匀速圆周运动,根据环绕速度公式v=,轨道半径比开始的圆轨道增大了,故飞船的速度变小了,故C正确,D错误;
故选:BC
宇航员在一行星上以速度v0竖直上抛一质量为M的物体,不计空气阻力,经时间t后落回手中,已知该星球半径为R,要使物体沿水平方向抛出而不落回星球表面,沿星球表面抛出的速度至少是多大?
正确答案
解:设行星表面的重力加速度为g,由物体竖直上抛运动,有t=
得 g=
要使物体沿水平方向抛出而不落回星球表面,沿星球表面抛出的速度为v,则
mg=m
联立解得,v=
答:要使物体沿水平方向抛出而不落回星球表面,沿星球表面抛出的速度至少是.
解析
解:设行星表面的重力加速度为g,由物体竖直上抛运动,有t=
得 g=
要使物体沿水平方向抛出而不落回星球表面,沿星球表面抛出的速度为v,则
mg=m
联立解得,v=
答:要使物体沿水平方向抛出而不落回星球表面,沿星球表面抛出的速度至少是.
宇宙中有这样一种三星系统,系统由两个质量为m的小星体和一个质量为M的大星体组成,两个小星体围绕大星体在同一圆形轨道上运行,轨道半径为r,关于该三星系统的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在稳定运行的情况下,某一个环绕星而言,受到两个星的万有引力,两个万有引力的合力提供环绕星做圆周运动的向心力.故A错误;
B、小星体受到大星体和另一个小星体的万有引力,两个力的合力提供圆周运动向心力,故B结论是由大星体提供小星体圆周运动向心力得出,故B错误;
C、在稳定运行的情况下,大星体应在小星体轨道中心,两小星体在大星体相对的两侧,故C正确;
D、对某一个小星体:
解得:小星体的周期=,故D错误.
故选:C.
卡文迪许被誉为“第一个称量了地球质量的人”.试论述卡文迪许的方法,并计算地球的质量.(设地球半径R=6400km,G=6.67×10-11N•m2/kg2)
正确答案
解:地球地面上的物体m所受万有引力近似等于重力G=mg
解得地球的质量:M==
=6.0×1024kg
答:地球的质量M为6.0×1024kg.
解析
解:地球地面上的物体m所受万有引力近似等于重力G=mg
解得地球的质量:M==
=6.0×1024kg
答:地球的质量M为6.0×1024kg.
1930年,美国天文学家汤博发现了曾经是太阳系九大行星之一的冥王星.其发现过程可简化为:太阳系的示意图如图所示,A为太阳系的一颗行星,它绕太阳O运行的轨道近为圆.汤博已测得A行星运动的轨道半径为RO,周期为TO.长期观测发现,A行星实际运动的轨道与圆轨道总存在一些偏离,且周期性地每隔to时间发生一次最大的偏离.(to>To)汤博认为形成这种现象的原因右能是A行星外侧还存在着一颗未知的行星B,它对A行星的万有引力引起A轨道的偏离假设行星B的运行轨道与A在同一平面同,且与A的绕行方向相同.根据上述现象及假设,对于未知行星B,能估算它的( )
正确答案
解析
解:由题意可知,AB相距最近时,B对A的影响最大,且每隔t0时间相距最近,设B行星的周期为TB,则有:
t0-
t0=2π
则有:-
=1
解得:TB=
设A行星的质量为m,B行星的质量为m′,则有:
解得:RB=
由于万有引力提供向心力公式中,环绕天体的质量两边约去了,所以不能求出B的质量,又不知道B的半径,所以无法求出密度和体积,故D正确,ABC错误.
故选D
试通过假设计算说明你受邻座同学的万有引力相对重力可以忽略不计(计算结果保留三位有效数字)
正确答案
解:设人质量均50kg 间距为0.5m
则 万有引力F==
=6.67×10-7N
G=mg=500N
答:F要比G小的多可不计.
解析
解:设人质量均50kg 间距为0.5m
则 万有引力F==
=6.67×10-7N
G=mg=500N
答:F要比G小的多可不计.
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