- 万有引力与航天
- 共16469题
(12分)一物体在地球表面时重16N,它在以的加速度加速上升的火箭中测得重力为9N,则此时火箭离地球表面的距离为地球半径的多少倍?(
)
正确答案
3
试题分析:在地表时,物体的重力等于地球对它的引力
---3分
在高为h的位置上,有
---------------3分
对处在火箭中的物体应用牛顿第二定律,有
----3分
得,即,此时火箭离地球表面的距离为地球半径的3倍。---3分
“神舟”七号飞船于2008年9月25日晚9时10分从酒泉卫星发射中心发射升空。飞船在太空预定轨道绕地球飞行了四十六圈。飞行期间,航天员飞行乘组在地面组织指挥和测控系统的协同配合下,顺利完成了空间出舱活动和一系列空间科学试验。28日17时37分, “神舟”七号飞船在内蒙古中部预定区域成功着陆。随后,执行飞行任务的航天员翟志刚、刘伯明和景海鹏安全出舱,中国神舟七号载人航天飞行获得圆满成功。飞船升空后,首先沿椭圆轨道运行,近地点约为200公里,远地点约为347公里。在绕地球飞行5圈后,地面发出指令,使飞船上的发动机在飞船到达远地点时自动点火,实行变轨,提高了飞船的速度,使得飞船在距地面343公里的圆轨道上飞行。(设地球半径为R,地面的重力加速度为g )
(1)试分析航天员在舱内“漂浮起来 ”的现象产生的原因。
(2)“神舟七号”飞船在绕地飞行5圈后进行变轨,由原来的椭圆轨道变为距地面高为h 的圆形轨道。则飞船在上述圆形轨道运行的周期是多少?(用h、R、g表示)
(3)返回舱在将要着陆之前,由于空气阻力作用有一段匀速下落过程,若空气阻力与速度的平方成正比,比例系数为k,返回舱的质量为m,且匀速下降过程的重力加速度为,则此过程中返回舱的速度?以及匀速下降过程中单位时间内转化为内能的机械能为多少?
正确答案
(1)宇航员所受到地球的引力全部提供绕地球作圆周运动所需的向心力,宇航员处于完全失重状态
(2) (3)
(1)宇航员所受到地球的引力全部提供绕地球作圆周运动所需的向心力,宇航员处于完全失重状态.
(2)飞船绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,则有:
GMm/(R+h)2=m(2π/T)2(R+h)
地表物体的重力等于物体受到的万有引力,则有:m/g=GMm//R2
解得:
(3)设空气阻力为f,由题设可知 f=kv2,匀速下降时 f=m ,
由此可解得匀速下降的速度为分
,
单位时间内转化为内能的机械能为:
神舟飞船是我国自主研制的载人宇宙飞船系列,达到国际领先水平.某飞船发射升空进入预定轨道后,绕地球做匀速圆周运动.已知飞船用t秒时间绕地球运行了n圈,地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,求飞船绕地球飞行时距地面的高度h.
正确答案
设地球质量为M,飞船质量为m,
飞船运行时万有引力提供向心力,根据万有引力定律和牛顿第二定律有=m(
)2(R+h)
飞船运行周期为T=
质量为m0的物体在地面有=m0g
解得飞船距地面高度h=3-R
答:飞船绕地球飞行时距地面的高度h=3-R.
2005年10月12日,中国再次成功发射载人飞船神舟六号,并首次进行多人多天太空飞行试验.国内外媒体对此进行了多方位的报道,其中有这样两则报道:“孙悟空一个筋斗十万八千里,费俊龙在3分钟里翻了4个筋斗,一个筋斗351公里”、“神舟六号发射115个小时又32分钟,在太空预定轨道绕地球飞行了七十七圈.”请根据上述报道估算神舟六号的轨道半径约为______km(保留两位有效数字.假设神舟六号轨道为圆形轨道,地球半径为6400km,g=9.8m/s2)
正确答案
由费俊龙在3分钟里翻了4个筋斗,一个筋斗351公里,可知飞船的线速度为:v=m/s=2.6×103
由神舟六号发射115个小时又32分钟,在太空预定轨道绕地球飞行了七十七圈,可知飞船的周期为:T=s=
s=5402s
故由万有引力提供向心力:G=mr
又由黄金代换:GM=gR2
可得:r==
=
m=6.7×106m=6.7×103km
故答案为:6.7×103
一物体在某一行星表面上做自由落体运动,在连续的两个1s内,下降的高度分别为12m和20m,若该星球的半径为180km,则环绕该行星的卫星的最小周期为多少?(不计空气阻力)
正确答案
设行星表面的重力加速度为g,
由自由落体得:△h=gt2 (1) 2分
在行星表面: (2) 3分
绕行星表面运行的卫星的周期最小,设为T,则
(3) 3分
代入数据,解得 T= 942s
略
欧洲开发的全球卫星定位系统“伽利略计划”进入部署和使用阶段.“伽利略计划”将发射30颗卫星,全球卫星定位系统采用的是“移动卫星”,它与电视转播用的“地球同步卫星”不同.同步卫星的轨道平面与地球赤道平面重合,离地面的高度只能为一确定的值,移动卫星的轨道离地面的高度可以改变,相应转动周期也可以不同.设某移动卫星通过地球的南、北两极的圆形轨道运行,离地面的高度为h.已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,则该移动卫星连续两次通过地球赤道上空的时间间隔为_____________.
正确答案
对移动卫星,地球对它的引力提供其做匀速圆周运动的向心力.
即G=m(R+h)
①
对地表处物体m0,有:G=m0g ②
由①②得:T=.
于是两次经过赤道上空的时间间隔为:
Δt==
.
(1)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)
(2)把“神舟七号”载人飞船绕地球的运行看做是在同一轨道上的匀速圆周运动,且已知运行的周期为T,地球表面的重力加速度为g,地球半径为R,试求地球的质量M及飞船所在处的重力加速度g′(用T、g、R等表示)
正确答案
(1)设人质量均50kg 间距为0.5m
则万有引力F=Gm1m2/r2=6.67×10-11×502/0.52N=6.67×10-7N
而重力G=mg=50×9.8N=490 N
=1.36×10-79
因F远小于G 故通常忽略不计
(2)物体m0在地球表面 m0g=
解得地球质量 M=
飞船(质量为m)在轨道上运行:=mr(
)2
而 mg′=
联立以上得g′=.
答:(1)=1.36×10-79,万有引力远小于重力.
(2)地球的质量M为,飞船所在处的重力加速度为
.
宇宙中存在一些离其它恒星很远的四颗恒星组成的四星系统,通常可忽略其它星体对它们的引力作用.稳定的四星系统存在多种形式,其中一种是四颗质量相等的恒星位于正方形的四个顶点上,沿着外接于正方形的圆形轨道做匀速圆周运动;另一种如图所示,四颗恒星始终位于同一直线上,均围绕中点O做匀速圆周运动.已知万有引力常量为G,求:
(1)已知第一种形式中的每颗恒星质量均为m,正方形边长为L,求其中一颗恒星受到的合力.
(2)已知第二种形式中的两外侧恒星质量均为m、两内侧恒星质量均为M,四颗恒星始终位于同一直线,且相邻恒星之间距离相等.求内侧恒星质量M与外侧恒星质量m的比值.
正确答案
(1)其中一颗恒星受到的合力F=2×Gcos45°+G
=
.
(2)设相邻恒星之间的距离为L,则有:G+G
+G
=m•2Lω2
G+G
-G
=MLω2
联立两式解得
=
答:(1)其中一颗恒星受到的合力为.
(2)内侧恒星质量M与外侧恒星质量m的比值=
.
在火箭发射阶段,宇航员发现当飞船随火箭以的加速度匀加速上升到某位置时(g为地球表面处的重力加速度),其身下体重测试仪的示数为起动前的
,已知地球半径为R,求:
(1)该处的重力加速度g'与地表处重力加速度g的比值;
(2)火箭此时离地面的高度h.
正确答案
(1)根据牛顿第二定律有:mg-mg′=ma,
a=
解得g′=g
则:=
(2)根据万有引力等于重力得:G=mg
得:=
=
火箭此时离地面的高度:h=
答:(1)该处的重力加速度g'与地表处重力加速度g的比值为4:9.(2)火箭此时离地面的高度为.
某研究性学习小组首先根据小孔成像原理估测太阳半径,再利用万有引力定律估算太阳的密度.准备的器材有:①不透光圆筒,一端封上不透光的厚纸,其中心扎一小孔,另一端封上透光的薄纸;②毫米刻度尺.已知地球绕太阳公转的周期为T,万有引力常量为G.要求:
(1)简述根据小孔成像原理估测太阳半径R的过程.
(2)利用万有引力定律推算太阳密度.
正确答案
(1)其过程如图所示,用不透光圆筒,把有小孔的一端对准太阳,调节圆筒到太阳的距离,在薄纸的另一端可以看到太阳的像.用毫米刻度尺测得太阳像的直径d,圆筒长为L.
设太阳的半径为R,太阳到地球的距离为r.由
成像光路图可知:△ABO∽△CDO,则:=
,即R=
.
(2)地球绕太阳做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,设太阳质量为M,地球质量为m,则:G=mr(
)2
由密度公式ρ=及球体体积公式V=
πR3
联立以上各式可得:ρ=
答:(1)根据小孔成像原理估测太阳半径R的过程如上所述.
(2)利用万有引力定律推算出太阳的密度为.
已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,若高空中某处的重力加速度为g,则该处距地面球表面的高度为______
A.(-1)R B.R C.
R D.2R.
正确答案
万有引力近似等于重力:设地球的质量为M,物体质量为m,物体距地面的高度为h
分别列式:=mg①
=m
②
由①②联立得:
2R2=(R+h)2解得:h=(-1)R
故选A
某行星探测器在其发动机牵引力作用下从所探测的行星表面竖直升空后,某时刻速度达到v0=80m/s,此时发动机突然发生故障而关闭,已知该行星的半径为R=5000km、第一宇宙速度是v=5km/s。该行星表面没有大气,不考虑探测器总质量的变化及重力加速度随高度的变化。求:发动机关闭后探测器还能上升的最大高度。
正确答案
在该行星表面 (4分)
设该行星的第一宇宙速度为,
(4分)
(4分)
则探测器能上升的最大高度为 (4分)
略
神奇的黑洞是近代引力理论所预言的一种特殊天体,探寻黑洞的方案之一是观测双星系统的运动规律.天文学家观测河外星系大麦哲伦云时,发现了LMCX-3双星系统,它由可见星A和不可见的暗星B构成.两星视为质点,不考虑其他天体的影响,A、B围绕两者连线上的O点做匀速圆周运动,它们之间的距离保持不变,如图4
-3-5所示.引力常量为G,由观测能够得到可见星
A的速率v和运行周期T.
(1)可见星A所受暗星B的引力可等效为位于O点处质量为m/的星体(视为质点)对它的引力,设A和B的质量分别为m1、m2,试求m/(用m1,m2表示);
(2)求暗星B的质量m2与可见星A的速率v、运行周期T和质量m1之间的关系式;
正确答案
(1)设 A、B的圆轨道半径分别为、
,由题意知,A、B做匀速圆周运动的角速度相同,设其为
。由牛顿运动定律,有
设 A、B之间的距离为,又
,由上述各式得:
,①
由万有引力定律,有: 将①代入得:
令 比较可得:
-②
(2)由牛顿第二定律,有:③
又可见星 A的轨道半径: ④
由②③④式解得: ⑤
略
2005年10月12日,我国继“神舟”五号载人宇宙飞船后又成功地发射了“神舟”六号载人宇宙飞船。飞船入轨运行若干圈后成功实施变轨进入圆轨道运行,经过了近5天的运行后,飞船的返回舱于10月17日凌晨顺利降落在预定地点,两名宇航员安全返回祖国的怀抱。
设“神舟”六号载人飞船在圆轨道上绕地球运行n圈所用的时间为t,若地球表面的重力加速度为g,地球半径为R。求
(1)飞船的圆轨道离地面的高度。
(2)飞船在圆轨道上运行的速率。
正确答案
(1) -R。 (2)
(1)飞船在圆轨道上做匀速圆周运动,运行的周期 T=。…………1分
设飞船做圆运动距地面的高度为h,飞船受到地球的万有引力提供了飞船的向心力,根据万有引力定律和牛顿第二定律,得
。…………2分
而地球表面上的物体受到的万有引力近似等于物体的重力,即
=mg, …………1分
联立以上各式,解得 h=-R。…………1分
(2)飞船运动的圆轨道的周长 s=2π(R+h),…………1分
动行的速度 v==
, …………1分
解得 v=。 …………1分
A。如图所示,光滑水平面上有大小相同的A、B两球在同一直线上运动。两球质量关系为mB=2mA,规定向右为正方向,A、B两球的动量均为6kg·m/s,运动中两球发生碰撞,碰撞后A球的动量增量为-4kg·m/s,则左方是________球,碰撞后A、B两球速度大小之比为________。
B。一颗人造卫星绕地球作匀速圆周运动,轨道半径为r,已知地球半径为R,地面处重力加速度为g,则这颗人造卫星所需的向心力是由_________提供的,人造卫星的运行周期为_________。
正确答案
A.A;2∶5
B.地球;
A、光滑水平面上大小相同A、B 两球在发生碰撞,规定向右为正方向,由动量守恒定律可得:
△PA=-△PB
由于碰后A球的动量增量为负值,所以右边不可能是A球的,若是A球则动量的增量应该是正值,
因此碰后A球的动量为-2kg?m/s,所以碰后B球的动量是增加的,为10kg?m/s.
由于两球质量关系为mB=2mA
那么碰撞后A、B两球速度大小之比2:5
故答案为:A,2:5.
B、人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,地球处在轨道的圆心处,其向心力只能是由地球对人造卫星的万有引力提供;由G=m
可得:人造卫星的周期T=
;
故答案为:地球;.
扫码查看完整答案与解析