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题型:简答题
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简答题

宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量均为m的三颗星组成的三星系统,通常可忽略其它星体对它们的引力作用.已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式,其中一种是三颗星位于同一直线上,位置关系如图所示,两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行.引力常量为G.求:

(1)星体1转动时的向心力大小.

(2)星体1运动的线速度和角速度.

正确答案

解:(1)星体1转动时向心力的大小为:

(2)根据得线速度为:v=,角速度为:

答:(1)星体1转动时的向心力大小为

(2)星体1运动的线速度和角速度分别为

解析

解:(1)星体1转动时向心力的大小为:

(2)根据得线速度为:v=,角速度为:

答:(1)星体1转动时的向心力大小为

(2)星体1运动的线速度和角速度分别为

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题型: 单选题
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单选题

假设航天飞机在太空绕地球作匀速圆周运动.宇航员利用机械手将卫星举到机舱外,并相对航天飞机静止释放该卫星,则被释放的卫星将(  )

A停留在轨道的被释放处

B随航天飞机同步绕地球作匀速圆周运动

C向着地球做自由落体运动

D沿圆周轨道的切线方向做直线运动

正确答案

B

解析

解:航天飞机在太空绕地球作匀速圆周运动时,由地球的万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得到航天飞机的速度表达式为v=,M是地球的质量,r是航天飞机的轨道半径.将卫星相对航天飞机静止释放时,卫星的速度也等于v=,地球对卫星万有引力恰好提供向心力,所以卫星将随航天飞机同步绕地球作匀速圆周运动,不做自由落体运动.故B正确.

故选B

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题型: 多选题
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多选题

1798年英国物理学家卡文迪许测出万有引力常量G,因此卡文迪许被人们称为能称出地球质量的人,若已知万有引力常量G,地球表面处的重力加速度g,地球半径为R,地球上一个昼夜的时间为T1(地球自转周期),一年的时间T2(地球公转的周期),地球中心到月球中心的距离L1,地球中心到太阳中心的距离为L2.则(  )

A地球的质量m=

B太阳的质量m=

C月球的质量m=

D利用上面给出的已知量可求月球、地球及太阳的密度

正确答案

A,B

解析

解:A、根据万有引力等于重力,有:.则.故A正确.

B、根据万有引力提供向心力有:,解得.故B正确.

C、因为月球的周期未知,无法求出月球的质量.故C错误.

D、月球的质量无法求出,则无法求出月球的密度.故D错误.

故选:AB.

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题型:简答题
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简答题

嫦娥二号探月卫星于2010年10月1日18时59分57秒发射成功,经过若干次轨道调整后,在距离月球表面100km的高度处做匀速圆周运动.嫦娥二号发射的圆满成功,是我国航天科技领域的又一次重大胜利,实现了我国空间技术发展具有里程碑意义的重大跨越.已知月球的半径为R,月球表面的重力加速度为g0,引力常量为G.

(1)求月球的平均密度p;

(2)若嫦娥二号的飞行高度用h表示,则在它绕月球做匀速圆周的时间t内,共绕月球运转多少圈?(用给定字母表示)

正确答案

解:(1)设月球的质量为M,对于在月球表面处质量为m的物体有:

又因为:

解得:

(2)在月球表面:

在轨道上:

解得:

故飞行圈数为:

解析

解:(1)设月球的质量为M,对于在月球表面处质量为m的物体有:

又因为:

解得:

(2)在月球表面:

在轨道上:

解得:

故飞行圈数为:

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题型: 多选题
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多选题

美国宇航局2011年12月5日宣布,他们发现了太阳系外第一颗类似地球的、可适合居住的行星--“开普勒-22b”,它每290天环绕着一颗类似于太阳的恒星运转一周,距离地球约600光年,半径是地球的2.4倍.已知万有引力常量和地球表面的重力加速度.根据以上信息,下列推理中正确的是(  )

A若能观测到该行星的轨道半径,可求出所绕恒星的质量

B若已知该行星的密度和半径,可求出该行星的轨道半径

C根据地球的公转周期与轨道半径,可求出该行星的轨道半径

D若该行星的密度与地球的密度相等,可求出该行星表面的重力加速度

正确答案

A,D

解析

解:A:万有引力提供该行星运动的向心力:,中心天体的质量:.能观测到该行星的轨道半径,可求出所绕恒星的质量.故A正确;

B:由,得:,轨道的半径与该行星的密度和半径无关,故B错误;

C:由于地球与行星不是围绕同一个中心天体做匀速圆周运动,故根据地球的公转周期与轨道半径,无法求出该行星的轨道半径,故C错误;

D:根据星球表面万有引力等于重力得:

得:

若该行星的密度与地球的密度相等,半径是地球的2.4倍.已知万有引力常量,所以可以求出表面该行星的重力加速度,故D正确

故选:AD

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题型:简答题
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简答题

土星周围有许多大小不等的岩石颗粒,其绕土星的运动可视为圆周运动.其中有两个岩石颗粒A和B与土星中心距离分别为rA=8.0×104km和rB=1.2×105km.忽略所有岩石颗粒间的相互作用,求:(结果可用根式表示)

(1)求岩石颗粒A和B的线速度之比;

(2)求岩石颗粒A和B的周期之比;

(3)土星探测器上有一物体,在地球上重为10N,推算出他在距土星中心3.2×105km处受到土星的引力为0.38N.已知地球半径为6.4×103km,请估算土星质量是地球质量的多少倍?

正确答案

解:(1)设土星质量为M0,颗粒质量为m,颗粒距土星中心距离为r,线速度为v,据牛顿第二定律和万有引力定律有

                         

解得

                       

对于A、B两颗粒分别有

                       

                       

解得

                       

故岩石颗粒A和B的线速度之比为:2.

(2)设颗粒绕土星作圆周运动的周期为T,则有

                        

对于A、B两颗粒分别有

                        

                       

解得

                      

故岩石颗粒A和B的周期之比为2:9.

(3)设地球质量为M,地球半径为r0,地球上物体的重力可视为万有引力,探测器上物体质量为m0,在地球表面重力为

G0,距土星中心r0′=3.2×105 km处的引力为G0′,根据万有引力定律有

                    

                         

解得

                     

故土星质量大约是地球质量的95倍.

解析

解:(1)设土星质量为M0,颗粒质量为m,颗粒距土星中心距离为r,线速度为v,据牛顿第二定律和万有引力定律有

                         

解得

                       

对于A、B两颗粒分别有

                       

                       

解得

                       

故岩石颗粒A和B的线速度之比为:2.

(2)设颗粒绕土星作圆周运动的周期为T,则有

                        

对于A、B两颗粒分别有

                        

                       

解得

                      

故岩石颗粒A和B的周期之比为2:9.

(3)设地球质量为M,地球半径为r0,地球上物体的重力可视为万有引力,探测器上物体质量为m0,在地球表面重力为

G0,距土星中心r0′=3.2×105 km处的引力为G0′,根据万有引力定律有

                    

                         

解得

                     

故土星质量大约是地球质量的95倍.

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题型: 单选题
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单选题

(2015•江苏一模)已知月球半径为R,飞船在距月球表面高度为R的圆轨道上飞行,周期为T.万有引力常量为G,下列说法正确的是(  )

A月球第一宇宙速度为

B月球表面重力加速度为R

C月球密度为

D月球质量为

正确答案

D

解析

解:B、D、飞船在距月球表面高度为R的圆轨道上做匀速圆周运动,故:

G=m

在月球表面,重力等于万有引力,故:

 

联立解得:

g=

M=

故B错误,D正确;

A、月球第一宇宙速度为:

=,故A错误;

C、月球的密度:==;故C错误;

故选:D

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题型:简答题
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简答题

如图所示是位于X星球表面的竖直光滑圆弧轨道,宇航员实验发现,当位于轨道最低点的小球速度至少为v0时,才能在竖直面内做完整的圆周运动.已知圆弧轨道半径为r,X星球的半径为R,万有引力常量为G.求:(结果可以用根式表示)

(1)X星球表面重力加速度;

(2)X星球的第一宇宙速度;

(3)环绕X星球的轨道半径为2R的卫星的周期.

正确答案

解:( 1)设X星球表面重力加速度为g,质量为M,小球刚好能做完整的圆周运动;则小球在最高点时,仅由重力提供向心力;根据牛顿第二定律有:

mg=

小球从轨道最低点到最高点的过程中,由动能定理有:

-mg×

联立两式可得:g=

(2)在X星球发射卫星的最小速度为月球第一宇宙速度

联立方程解得:Vmin=

(3)环绕X星球的轨道半径为2R的卫星由万有引力提供向心力,有

解得T===

答:(1)X星球表面重力加速度

(2)X星球的第一宇宙速度

(3)环绕X星球的轨道半径为2R的卫星的周期

解析

解:( 1)设X星球表面重力加速度为g,质量为M,小球刚好能做完整的圆周运动;则小球在最高点时,仅由重力提供向心力;根据牛顿第二定律有:

mg=

小球从轨道最低点到最高点的过程中,由动能定理有:

-mg×

联立两式可得:g=

(2)在X星球发射卫星的最小速度为月球第一宇宙速度

联立方程解得:Vmin=

(3)环绕X星球的轨道半径为2R的卫星由万有引力提供向心力,有

解得T===

答:(1)X星球表面重力加速度

(2)X星球的第一宇宙速度

(3)环绕X星球的轨道半径为2R的卫星的周期

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题型: 单选题
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单选题

小型登月器连接在航天站上,一起绕月球做圆周运动,其轨道半径为月球半径的3倍,某时刻,航天站使登月器减速分离,登月器沿如图所示的椭圆轨道登月,在月球表面逗留一段时间完成科考工作后,经快速启动仍沿原椭圆轨道返回,当第一次回到分离点时恰与航天站对接,登月器快速启动时间可以忽略不计,整个过程中航天站保持原轨道绕月运行.已知月球表面的重力加速度为g,月球半径为R,不考虑月球自转的影响,则登月器可以在月球上停留的最短时间约为(  )

A4.7π

B3.6π

C1.7π

D1.4π

正确答案

A

解析

解:设登月器和航天飞机在半径3R的轨道上运行时的周期为T,

因其绕月球作圆周运动,

所以应用牛顿第二定律有

=m  r=3R

T=2π=6π

在月球表面的物体所受重力近似等于万有引力,

GM=gR2

所以T=6π,①

设登月器在小椭圆轨道运行的周期是T1,航天飞机在大圆轨道运行的周期是T2

对登月器和航天飞机依据开普勒第三定律分别有==

为使登月器仍沿原椭圆轨道回到分离点与航天飞机实现对接,登月器可以在月球表面逗留的时间t应满足

t=nT2-T1   ③(其中,n=1、2、3、…)…

联立①②③得 t=6πn-4π(其中,n=1、2、3、…)

当n=1时,登月器可以在月球上停留的时间最短,即t=4.7π

故选A.

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简答题

已知月球表面的重力加速度约为地球表面的六分之一,地球表面的重力加速度g=10m/s2,假设我国的登月工程中把一名质量m=60kg的宇航员送到月球表面.

(1)求这名宇航员在月球上受到的重力大小;

(2)假设这名宇航员在地球上最多能举起M=90kg的物体,那么该宇航员在月球上最多能举起多大质量的物体.

正确答案

解:(1)该宇航员在月球上的重力大小为:G=mg′=m×==100N;

(2)宇航员在地球上最多能举起90kg的物体说明其能支持的力最大为90×10=900N;

则在月球上能举起的物体的质量为:

m==540kg;

答:(1)这名宇航员在月球上的重力大小为100N;

(2)该宇航员在月球上最多能举起540kg质量的物体.

解析

解:(1)该宇航员在月球上的重力大小为:G=mg′=m×==100N;

(2)宇航员在地球上最多能举起90kg的物体说明其能支持的力最大为90×10=900N;

则在月球上能举起的物体的质量为:

m==540kg;

答:(1)这名宇航员在月球上的重力大小为100N;

(2)该宇航员在月球上最多能举起540kg质量的物体.

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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表达式F=G,下面说法中正确的是(  )

A公式中G为引力常量,它是由实验测得的,而不是人为规定的

B当r趋近于零时,万有引力趋近于无穷大

Cm1与m2受到的引力总是大小相等的,而与m1,m2是否相等有关

Dm1与m2受到的引力总是大小相等,方向相反的,是一对平衡力

正确答案

A

解析

解:A、公F=G中G为引力常数,由卡文迪许通过实验测得,而不是人为规定的.故A正确;

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;

CD、m1、m2之间的万有引力是一对相互作用力,根据牛顿第三定律,总是大小相等、方向相反,与m1,m2是否相等无关,故C错误、D错误;

故选:A.

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简答题

我国的月球探测计划“嫦娥工程”,计划在2020年前依次完成绕月探测、落月探测和无人采样返回,目前正在进行着落月探测二期工程,探月三期工程的核心是完成无人月球表面采样返回;若已知引力常量为G,月球

的半径为R和月球表面的加速度g (不考虑月球自转的影响),请同学们根据所学的知识计算:

(1)月球的质量M?

(2)月球的“第一宇宙速度”大小v?

正确答案

解:(1)根据月球表面的物体受到的重力等于万有引力得

=mg       

所以  M=

(2)根据近月卫星的万有引力提供向心力得

=②(或mg=

由①②解得    v=

答:(1)月球的质量是

(2)月球的“第一宇宙速度”大小是

解析

解:(1)根据月球表面的物体受到的重力等于万有引力得

=mg       

所以  M=

(2)根据近月卫星的万有引力提供向心力得

=②(或mg=

由①②解得    v=

答:(1)月球的质量是

(2)月球的“第一宇宙速度”大小是

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简答题

宇航员站在一星球表面上的某处,以初速度V0沿竖直方向抛出一个小球,经过时间t,小球落回到星球表面的抛出点.已知该星球的半径为R,引力常量为G.求:

(1)该星球的质量M.

(2)该星球的第一宇宙V.

正确答案

解:(1)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:g=

在星球表面的物体受到的重力等于万有引力,有:G=mg

得:M==

(2)物体在星球表面附近能做匀速圆周运动,其重力由星球的吸引力提供,则有:mg=m

解得第一宇宙速度为:v==

答:(1)该星球的质量M为

(2)该星球的第一宇宙V为

解析

解:(1)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:g=

在星球表面的物体受到的重力等于万有引力,有:G=mg

得:M==

(2)物体在星球表面附近能做匀速圆周运动,其重力由星球的吸引力提供,则有:mg=m

解得第一宇宙速度为:v==

答:(1)该星球的质量M为

(2)该星球的第一宇宙V为

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题型: 单选题
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单选题

2010年10月1日,我国成功发射了“嫦娥二号”探月卫星.“嫦娥二号”原本是“嫦娥一号”的备份卫星,因此两颗星在外形和重量上并没有太大差别.不过它的绕月飞行轨道将由“嫦娥一号”时的200公里高度降低到100公里,这样就能把月球看得更清楚.它们绕月球运动的示意图如图所示(轨道视为圆周),则下列有关探月卫星的说法正确的是(  )

A“嫦娥二号”卫星所在位置的重力加速度比“嫦娥一号”所在位置的重力加速度大

B“嫦娥二号”卫星在图示轨道上运行时的加速度大于月球表面的重力加速度

C“嫦娥二号”卫星绕月球运行的动能小于“嫦娥一号”卫星绕月球的动能

D“嫦娥一号”卫星在绕月轨道上经过加速变轨可达到“嫦娥二号”的绕月轨道

正确答案

A

解析

解:根据月球对嫦娥卫星的万有引力提供向心力,则得

  G=ma=m

解得 a=,v=

A、根据G=mg,得 g=a=,“嫦娥二号”卫星的轨道半径小,则“嫦娥二号”卫星所在位置的重力加速度大,故A正确.

B、当卫星绕月球表面运行时,其运行的加速度等于月球表面的重力加速度,由a=,知r越大,a越小,可知“嫦娥二号”卫星在图示轨道上运行时的加速度小于月球表面的重力加速度.故B错误.

C、卫星的动能为 Ek==,“嫦娥二号”卫星的轨道半径小,则“嫦娥二号”卫星绕月球运行的动能大于“嫦娥一号”卫星绕月球的动能.故C错误.

D、“嫦娥一号”卫星在绕月轨道上经过加速,将做离心运动,轨道半径增大,不可能到达“嫦娥二号”的绕月轨道,故D错误

故选:A

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题型: 单选题
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单选题

天文学家近日在银河系发现一颗全新的星球--“超级地球”.它的半径是地球的2.3倍,而质量却是地球的17倍,科学家们认为这颗星球可能是由岩石组成.它的发现将有助于探索地球之外是否存在生命.这颗“超级地球“的第一宇宙速度约为(  )

A3km/s

B15km/s

C21km/s

D28km/s

正确答案

C

解析

解:在地球上第一宇宙速度是近地卫星的运行速度,根据万有引力提供圆周运动向心力有:可得地球的第一宇宙速度

据此关系知,超级地球的第一宇宙速度=21.47km/h,故C正确,ABD错误.

故选:C.

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