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题型:填空题
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填空题

用M表示地球的质量,R表示地球的半径,r月地表示月球到地球的距离,在地球引力作用下:

(1)地面上物体的重力加速度g=______

(2)月球的加速度a=______

(3)已知r月地=60R,利用(1)(2)求=______

(4)已知r月地=3.8×108m,月球绕地球运行的周期T=27.3天,计算月球绕地球运行的向心加速度a

(5)已知重力加速度g取9.8m/s2,利用(4)中算出的a,求得的值

(6)比较(3)(5),你能得出什么结论?

正确答案

解析

解:(1)由重力等于万有引力,计算地面上物体的重力加速度为:mg=

得:g=

(2)地月引力提供月球向心力,求解月球的加速度:

得:

(3)已知r月地=60R,则有:=

(4)由向心加速度计算月球绕地球运行的向心加速度为:

=3.8=0.0027m/s2

(5)已知重力加速度g取9.8m/s2,利用(4)中算出的a,求得:=

(6)比较(3)(5)结论可得,地面上物体的引力与地球吸引月球的力是同一种力,遵守同样的规律.

答:(1)地面上物体的重力加速度为

(2)月球的加速度

(3)利用(1)(2)求

(4)月球绕地球运行的向心加速度为:0.0027m/s2

(5)求得的值为

(6)比较(3)(5)结论可得,地面上物体的重力与地球吸引月球的力是同一重力,遵守同样的规律.

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题型: 单选题
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单选题

人造卫星1和2绕地球做匀速圆周运动的周期分别为T1、T2,设在卫星1、卫星2各自所在的高度上的重力加速度大小分别为g1、g2,则(  )

A=(

B=(

C=(2

D=(2

正确答案

B

解析

解:人造卫星在地球的引力的作用下绕地球做圆周运动,则有

G=mr

r=

忽略地球的自转,则有

mg=G

故有mg=G

解得g=GM

==

故B正确.

故选B.

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题型:简答题
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简答题

某半径为R的行星,有一质量为m的卫星,以半径r,周期T做匀速圆周运动,求:

(1)行星的质量;

(2)行星的密度;

(3)若测得行星的半径恰好是卫星运行半径的,则行星表面的重力加速度是多少?

正确答案

解:(1)设行星的质量为M,由行星对卫星的万有引力提供向心力,得

   ①

解之得  ②

(2)行星的密度为 ρ=== ③

(3)设行星表面的重力加速度是g,行星表面物体的重力等于行星对物体的万有引力,即

  G=m′g ④

由①④及R=解得 g=

答:

(1)行星的质量是

(2)行星的密度是

(3)若测得行星的半径恰好是卫星运行半径的,则行星表面的重力加速度是

解析

解:(1)设行星的质量为M,由行星对卫星的万有引力提供向心力,得

   ①

解之得  ②

(2)行星的密度为 ρ=== ③

(3)设行星表面的重力加速度是g,行星表面物体的重力等于行星对物体的万有引力,即

  G=m′g ④

由①④及R=解得 g=

答:

(1)行星的质量是

(2)行星的密度是

(3)若测得行星的半径恰好是卫星运行半径的,则行星表面的重力加速度是

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题型: 单选题
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单选题

对于万有引力定律的数学表达式F=G,下列说法正确的是(  )

A公式中G为引力常量,是有单位的,是人为规定的

Br趋近于零时,万有引力趋于无穷大

C万有引力定律是牛顿发现的,G是卡文迪许利用扭秤测出来的

DM、m之间的万有引力总是大小相等方向相反,是一对平衡力

正确答案

C

解析

解:A、公式F=G,中G为引力常数,由卡文迪许通过实验测得.故A错误;

B、公式F=G中从数学角度讲:当R趋近于零时其值是趋于无穷大,然而这是物理公式,所以R不可能为零.万有引力公式只适合于两个可以看做质点的物体,即,物体(原子)的自身半径相对两者的间距可以忽略时适用.而当距离无穷小时,相临的两个原子的半径远大于这个距离,它们不再适用万有引力公式.故B错误;

C、万有引力定律是牛顿发现的,G是卡文迪许利用扭秤测出来的,故C正确;

D、M、m之间的万有引力总是大小相等方向相反,是一对相互作用力,故D错误;

故选:C.

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,由A、B两个恒星组成的双星系统,它们在引力作用下绕O点做匀速圆周运动,若A、B两恒星到O点的距离分别为rA和rB,转动的周期为T,引力常量为G,则(  )

AA恒星的质量可能为

B这两颗恒星的角速度之比为=

C这两颗恒星的向心加速度之比为=

D这两颗恒星的线速度之比为=

正确答案

D

解析

解:B、双星靠相互间的万有引力提供向心力,所以向心力相等,具有相同的角速度,故B错误;

C、双星具有相同的角速度,由a=ω2r∝r,两颗恒星的向心加速度之比为=,故C错误;

D、双星具有相同的角速度,由v=ωr,两颗恒星的线速度之比为=,故D正确;

A、根据万有引力提供向心力公式得:G =mA2rA=mB2rB,解得mA=;故A错误;

故选:D

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题型: 单选题
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单选题

我国于2010年3月5日成功发射了“遥感卫星九号”,在绕地球运行的过程中,该卫星受到地球引力的大小(  )

A只与地球的质量有关

B只与卫星的质量有关

C与地球和卫星的质量均有关

D与地球和卫星的质量均无关

正确答案

C

解析

解:根据万有引力定律表达式得:F=

其中M为地球质量,m为卫星的质量.

故选C.

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题型:简答题
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简答题

神舟五号载人飞船在绕地球飞行的第5圈进行变轨,由原来的椭圆轨道变为距地面高度h=342km的圆形轨道.已知地球半径R=6.37×103km,地面处的重力加速度g=10m/s2.试导出飞船在上述圆轨道上运行的周期T的公式(用h、R、g表示),然后计算周期的数值(保留两位有效数字).

正确答案

解析:设地球质量为M,飞船质量为m,速度为v,地球的半径为R,神舟五号飞船圆轨道的半径为r,飞船轨道距地面的高度为h,则据题意有:

r=R+h

因为在地面重力和万有引力相等,则有

 g=即:GM=gR2

飞船在轨道上飞行时,万有引力提供向心力有:

得:T==

代入h=342km=3.42×105m,R=6.37×106m,g=10m/s2可得

T=5.4×103s

答:飞船在圆轨道上运行的周期公式为T=,飞船在圆轨道上运行的周期为T=5.4×103s.

解析

解析:设地球质量为M,飞船质量为m,速度为v,地球的半径为R,神舟五号飞船圆轨道的半径为r,飞船轨道距地面的高度为h,则据题意有:

r=R+h

因为在地面重力和万有引力相等,则有

 g=即:GM=gR2

飞船在轨道上飞行时,万有引力提供向心力有:

得:T==

代入h=342km=3.42×105m,R=6.37×106m,g=10m/s2可得

T=5.4×103s

答:飞船在圆轨道上运行的周期公式为T=,飞船在圆轨道上运行的周期为T=5.4×103s.

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题型: 单选题
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单选题

据报道,2009年4月29日,美国亚利桑那州一天文观测机构发现一颗与太阳系其它行星逆向运行的小行星,代号为2009HC82.该小行星绕太阳一周的时间为N年,直径2~3千米,其轨道平面与地球轨道平面呈155°的倾斜.假定该小行星与地球均以太阳为中心做匀速圆周运动,则小行星和地球绕太阳运动的速度大小的比值为(  )

AN

BN

CN

DN

正确答案

A

解析

解:小行星和地球绕太阳作圆周运动,都是由万有引力提供向心力,

=m(2R,

可知小行星和地球绕太阳运行轨道半径之比为R1:R2=

又根据V=

联立解得V1:V2=

已知=

则V1:V2=

故选:A.

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题型: 单选题
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单选题

已知下面的哪组数据,可以计算出地球的质量M(只知引力常量G)(  )

A地球表面的重力加速g和地球的半径R

B月球绕地球运动的周期T1及地球的半径R

C地球绕太阳运动的周期T2及地球到太阳中心的距离R2

D地球“同步卫星”离地面的高度h

正确答案

A

解析

解:A、根据地球表面的物体受的重力等于万有引力,有mg=G,解得:M=,式中R为地球半径,G为万有引力常量,所以可以解得地球质量.故A正确.

B、环绕天体绕中心天体运行的模型,根据万有引力等于向心力,由环绕天体公转半径和周期可求出中心天体的质量,故已知月球绕地球运动的周期及月球距地球中心的距离,才能计算出地球的质量,而月球距地球中心的距离未知,所以不能解出地球的质量.故B错误.

C、地球绕太阳运动的周期T2及地球到太阳中心的距离R2,能求出太阳的质量,不能求出地球的质量,故C错误.

D、地球“同步卫星”离地面的高度h,地球的半径未知,得不到卫星的轨道半径,所以求不出地球的质量,故D错误.

故选:A.

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题型: 多选题
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多选题

随着地球资源的日益匮乏和环境的日益恶劣,人类设想在地球远地轨道上建立一个未来的圆环形太空城.远远看去,好像一个巨大的车轮,圆环形的直径为D,“轮胎”是一个空心的大圆环,其内部直径为d(D>d),是太空城的生活区.同时,太空城还绕着自己的中心轴慢慢旋转,利用旋转时产生的离心效应而制造出人造重力,生活在其中的人类就有脚踏实地的感觉.已知地球半径R,表面重力加速度为g,地球自转周期为T,空间站轨道半径r.下列说法中正确的是(  )

A太空城中的“地面”在图示的下表面

B当太空城稳定地转动时,若在“生活区”上空某处静止释放一个物体,让太空城里的你来观察,你会观察到物体沿径向垂直太空城内边缘加速下落

C若忽略太空城的自转,则太空城的绕地球转动的周期为

D若太空城的转速刚能提供和地球表面的实际重力加速度效果相同的人造“重力”,那么太空城自转的角速度为

正确答案

B,D

解析

解:A、太空城环绕着自己的中心轴慢慢旋转,向心力指向圆心,生活在其中的人类就有脚踏实地的感觉,所以太空城中的“地面”在图示外侧表面,故A错误;

B、在“生活区”上空某处静止释放一个物体,运动情况类似于地球上的自由落体运动,故B正确;

C、根据题目中的条件无法求解太空城的绕地球转动的周期,故C错误;

D、根据太空城表面重力提供向心力得:

2=mg,

解得:ω=,故D正确;

故选:BD

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题型:简答题
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简答题

美国航空航天局和欧洲航空航天局合作研究的“卡西尼”号土星探测器,在美国东部时间2004年6月30日(北京时间7月1日)抵达预定轨道,开始“拜访”土星及其卫星家族.质量为m的“卡西尼”号探测器进入绕土星飞行的轨道,先在半径为R的圆形轨道Ⅰ上绕土星飞行,运行速度大小为υ1.为了进一步探测土星表面的情况,当探测器运行到A点时发动机向前喷出质量为△m的气体,探测器速度大小减为υ2,进入一个椭圆轨道Ⅱ,运行到B点时再一次改变速度,然后进入离土星更近的半径为r的圆轨道Ⅲ,如图所示.设探测器仅受到土星的万有引力,不考虑土星的卫星对探测器的影响,探测器在A点喷出的气体速度大小为u.求:

(1)探测器在轨道Ⅲ上的运行速率υ3和加速度的大小.

(2)探测器在A点喷出的气体质量△m.

正确答案

解:(1)在轨道I上,探测器所受万有引力提供向心力,设土星质量为M,则有

              ①

同理,在轨道Ⅲ上有

         ②

由式①②可得            υ3=υ1              ③

探测器在轨道Ⅲ上运行时加速度设为a,则有

    ④

由式①④可得            a=             

故探测器在轨道Ⅲ上的运行速率υ3和加速度的大小分别为υ3=υ1,a=

(2)探测器在A点喷出气体前后,由动量守恒得

    

△m=    

故探测器在A点喷出的气体质量△m为

解析

解:(1)在轨道I上,探测器所受万有引力提供向心力,设土星质量为M,则有

              ①

同理,在轨道Ⅲ上有

         ②

由式①②可得            υ3=υ1              ③

探测器在轨道Ⅲ上运行时加速度设为a,则有

    ④

由式①④可得            a=             

故探测器在轨道Ⅲ上的运行速率υ3和加速度的大小分别为υ3=υ1,a=

(2)探测器在A点喷出气体前后,由动量守恒得

    

△m=    

故探测器在A点喷出的气体质量△m为

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题型:填空题
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填空题

美国国家科学基金会前段时间宣布,天文学家在银河系新发现一颗太阳系外行星gliese 581g,这颗行星可能像地球一样具备生命存在所需必要条件.gliese 581g直径是地球的1.4倍,重力加速度是地球重力加速度的1.6倍,它围绕其恒星运行的周期是37个地球日.该行星的质量是地球质量的______倍.从地球上发射飞船到达该星球,______(填“第二”或“第三”)宇宙速度是最小的发射速度.

正确答案

3.136

第三

解析

解:忽略星球自转的影响,根据万有引力等于重力,列出等式:G=mg,

得星球的质量为:M=

据题:gliese 581g直径是地球的1.4倍,重力加速度是地球重力加速度的1.6倍,代入解得该行星的质量是地球质量的3.136倍.

由于这颗行星在太阳系外,所以航天飞机的发射速度至少要达到第三宇宙速度.

故答案为:3.136,第三.

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题型: 单选题
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单选题

某宇航员在一半径为2×106m的星球表面附近做自由落体运动(不计表层大气阻力)实验.从小物体自由释放瞬间开始计时,得到小物体距星球表面高度h随下落时间t的变化图象.如图所示,则该星球的第一宇宙速度为(  )

A20m/s

B4km/s

C7.9km/s

D11.2km/s

正确答案

B

解析

解:自由落体运动     ------①

  第一宇宙速度      -------②

       由①②式可得:=4m/s

故选项B正确,A C D错误

故选:B

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题型:简答题
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简答题

“嫦娥一号”探月卫星的成功发射,实现了中华民族千年奔月的梦想.假若我国的航天员登上某一星球并在该星球表面上做了如下图所示的力学实验:让质量为m=1.0kg的小滑块以v0=1m/s的初速度从倾角为53°的斜面AB的顶点A滑下,到达B点后恰好能沿倾角为37°的斜面到达C点.不计滑过B点时的机械能损失,滑块与斜面间的动摩擦因数均为μ=0.5,测得A、C两点离B点所在水平面的高度分别为h1=1.2m,h2=0.5m.已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,不计该星球的自转以及其他星球对它的作用.

(1)求该星球表面的重力加速度g;

(2)若测得该星球的半径为R=6×106m,宇航员要在该星球上发射一颗探测器绕其做匀速圆周运动,则探测器运行的最大速度为多大?

正确答案

解:(1)令该星球表面的重力加速度为g,小滑块从A到C的过程中,由动能定理得:

=

代入数值可解得g=6m/s2                                            

(2)设探测器质量为m′,探测器绕该星球表面做匀速圆周运动时运行速度最大,万有引力提供圆周运动向心力得

                                                   

又因为地星球表面重力和万有引力相等有                                                  

解得=6×103m/s

答:(1)该星球表面的重力加速度g═6m/s2;.

(2)若测得该星球的半径为R=6×106m,宇航员要在该星球上发射一颗探测器绕其做匀速圆周运动,则探测器运行的最大速度为6000m/s.

解析

解:(1)令该星球表面的重力加速度为g,小滑块从A到C的过程中,由动能定理得:

=

代入数值可解得g=6m/s2                                            

(2)设探测器质量为m′,探测器绕该星球表面做匀速圆周运动时运行速度最大,万有引力提供圆周运动向心力得

                                                   

又因为地星球表面重力和万有引力相等有                                                  

解得=6×103m/s

答:(1)该星球表面的重力加速度g═6m/s2;.

(2)若测得该星球的半径为R=6×106m,宇航员要在该星球上发射一颗探测器绕其做匀速圆周运动,则探测器运行的最大速度为6000m/s.

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题型: 单选题
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单选题

星系由很多绕中心座圆形轨道运行的恒星组成,科学家研究星系的一个方法是测量恒星在星系中的运行速度v和离星系中心的距离r,用v∝rn这样的关系来表达,科学家们特别关心指数n,若作用于恒星的引力主要来自星系中心的巨型黑洞,则n的值为(  )

A1

B2

C

D-

正确答案

D

解析

解:设巨型黑洞为M,该恒星的质量为m,则根据万有引力提供向心力,得:

   G=m

则得:v==,故n=-

故选:D.

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