- 万有引力与航天
- 共16469题
2013年6月11日下午,神舟十号载人飞船进入近地点距地心为r1、远地点距地心为r2的椭圆轨道正常运行.已知地球质量为M,引力常量为G,地球表面处的重力加速度为g,飞船在近地点的速度为v1,飞船的质量为m.若取距地球无穷远处为引力势能零点,则距地心为r、质量为m的物体的引力势能表达式为Ep=-,求:
(1)地球的半径;
(2)飞船在远地点的速度.
正确答案
(1)设地球表面有质量为m的物体,根据地球表面的物体受到的重力等于万有引力G=mg
解得地球的半径R=
(2)由于飞船在椭圆轨道上机械能守恒,所以飞船在近地点所具有的机械能即为飞船在椭圆轨道上运行时具有的机械能,则E=mv12-G
飞船在椭圆轨道上运行,根据机械能守恒定律得
mv12-G
=
mv22-G
解得飞船在远地点的速度v2=
答:(1)地球的半径为;
(2)飞船在远地点的速度为.
(1)月球绕地球公转周期为T,月地距离为r,引力常量为G,地球质量为M,则r3与T2的比为k,k=______.
(2)一探月卫星在地月转移轨道上运行,计划通过地心和月心连线上特别位置,卫星在此处所受地球引力与月球引力的大小恰好相等.已知地球与月球的质量之比约为81:1,则该处到地心与到月心的距离之比约为______.
正确答案
(1)月球绕地球公转周期为T,月地距离为r,引力常量为G,地球质量为M,根据万有引力提供向心力,有:
G=mr(
2π
T
)2
解得:
=
故k=
(2)卫星所受地球引力与月球引力的大小恰好相等,根据万有引力定律,有:
G=G
解得:=
=9
故答案为:(1);(2)9:1.
设想宇航员完成了对火星表面的科学考察任务,乘坐返回舱返回围绕火星做圆周运动的轨道舱,如图所示.为了安全,返回舱与轨道舱对接时,必须具有相同的速度.已知返回舱返回过程中需克服火星的引力做功,返回舱与人的总质量为m,火星表面的重力加速度为g,火星的半径为R,轨道舱到火星中心的距离为r,不计火星表面大气对返回舱的阻力和火星自转的影响,则该宇航员乘坐的返回舱在火星表面开始返回时至少需要具有多少能量才能返回轨道舱?
正确答案
设火星的质量为M,返回舱与人在火星表面附近有.(3分)
设轨道舱的质量为m0,速度大小为v,则
(3分)
解得宇航员乘坐返回舱与轨道舱对接时,具有的动能为.(2分)
因为返回舱返回过程克服引力做功
至少需要能量
(9分)在某颗星球表面上,宇航员用弹簧秤称得质量为的砝码的重为F,宇航员乘宇宙飞船在靠近该星球表面附近空间飞行时,测得其环绕该星球周期是
。根据上述字母符号求出该星球的质量(万有引力常量为G)
正确答案
略
北京时间2007.10.24日18:05,中国第一颗月球探测卫星“嫦娥一号”在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭发射升空。同学们也对月球有了更多的关注.若已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,月球绕地球运动的周期为T,月球绕地球的运动近似看做匀速圆周运动,试求出月球绕地球运动的轨道半径r。
正确答案
根据万有引力定律和向心力公式:
G (1)
mg = G (2)
解(1)(2)得:r = (3)
经长期观测人们在宇宙中已经发现了“双星系统”.“双星系统”由两颗相距较近的恒星组成,每个恒星的线度远远小于两个星球之间的距离,而且双星系统一般远离其他天体.如图所示,两颗星球A、B组成的双星,在相互之间的万有引力作用下,绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动.现测得两颗星球A、B之间的距离为L,质量之比为m1:m2=3:2,则A做圆周运动的半径为______,A、B做圆周运动的线速度之比为______.
正确答案
(1)根据双星系统的特点,转动过程中周期相同则角速度相同,由万有引力充当向心力,向心力也相同,由F=mw2r可得m1和m2的半径比值r1:r2=2:3,所以A的转动半径为L.
(2)由v=wr知角速度相同,线速度与半径成正比,所以A、B做圆周运动的线速度之比为 2:3.
故答案为L;2:3
(6分)北京时间2007.10.24日18:05,中国第一颗月球探测卫星“嫦娥一号”在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭发射升空。同学们也对月球有了更多的关注.月球绕地球运动的轨道半径r,月球绕地球的运动近似看做匀速圆周运动,试求出月球绕地球运动的周期为T。(若已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g)
正确答案
略
为了研究太阳演化进程,需知道目前太阳的质量M。已知日地中心的距离r=1.5×1011 m,
1年约为3.2×107 秒,引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2.试估算目前太阳的质量M。(估算结果只要求一位有效数字。)
正确答案
略
(10分)中国第一颗探月卫星“嫦娥一号”在西昌卫星发射中心成功升空,标志着中国航天正式开始了深空探测的新时代。已知月球表面的重力加速度为,月球的半径为R,“嫦娥一号”绕月球匀速圆周运动的周期为T,求“嫦蛾一号”绕月球作匀速圆周运动的轨道半径r。
正确答案
解:设“嫦娥一号”的质量为,月球的质量为M
由万有引力提供向心力可得:(1)(4分)
而(2)(4分)
由(1)(2)可得(2分)
如图所示,发射同步卫星的一种程序是:先让卫星进入一个近地的圆轨道,然后在P点点火加速,进入椭圆形转移轨道(该椭圆轨道的近地点为近地圆轨道上的P,远地点为同步圆轨道上的Q),到达远地点时再次自动点火加速,进入同步轨道。设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1,在P点短时间加速后的速率为v2,沿转移轨道刚到达远地点Q时的速率为v3,在Q点短时间加速后进入同步轨道后的速率为v4。试比较v1、v2、v3、v4的大小,并用大于号将它们排列起来 。
正确答案
v2>v1>v4>v3
由小圆轨道进入椭圆轨道需要在P点加速发生离心运动,所以v2>v1,从椭圆轨道的远地点变轨的大圆轨道需要加速,所以v4> v3,,由圆周运动的线速度随着半径的增大而减小有v1>v4,所以v2>v1>v4>v3
(8分)已知地球表面的重力加速度为g=10m/s2,地球半径为R=6.4106m,求离地高度为地球半径3倍的人造地球卫星的线速度.
正确答案
设地球的质量为,人造地球卫星的质量为
,地球半径为R,
人造卫星离地高h
…………………………①
h =3R………………………………②3分
…………………………③3分
解出: 2分
(8分)我国已经发射绕月球飞行的飞船“嫦娥一号”,不久将实现登月飞行。若月球的半径为R。当飞船在靠近月球表面的圆轨道上飞行时,测得其环绕周期为T,已知万有引力常量为G,根据上述物理量,求月球的质量M和密度。
正确答案
;
略
研究地球的公转时,________(填“可以”或“不可以”)把地球看做质点;研究地球的自转时,________(填“可以”或“不可以”)把地球看做质点。
正确答案
可以;不可以
当物体的大小远远小于两物体间距离时,可以把物体看作质点
1999年11月20日我国成功发射和回收了“神舟”号实验飞船,标志着我国的航天技术和运载火箭技术水平已跻身于世界先进行列.
(1)如图所示,图中A为某火箭发射场,B为山区,c为城市.发射场正在进行某型号火箭的发射试验.该火箭起飞时质量为2.02×105kg,起飞推力2.75×105N,火箭发射塔高100m,则该火箭起飞时的加速度大小为_______m/s2.在火箭推力不变的情况下,若不考虑
空气阻力及火箭质量的变化,火箭起飞后,经_______s飞离火箭发射塔。
(参考公式及常数:F合=ma,v1=v0+at,S=v0t+at2,取取
9.8m/s2).
(2)为了转播火箭发射的实况,在发射场建立了发射台用于发射广播与电视信号.已知传输无线电广播所用的电磁波波长为550m,而传输电视信号所用的电磁波波长为0.566m,为了不让山区挡住信号的传播,使城市居民能收听和收看火箭发射的实况,必须通过建在山顶上的转发站来转发__________________(选填“无线电广播信号”或“电视信号”).这是因为:___________________.
正确答案
3.81,7.25,电视信号,电视信号的波长短,沿直线传播,受山坡阻挡,不易衍射
略
在某星球表面以初速度v0坚直上抛一个物体,若物体只受该星球引力作用,物体上升的最大高度为h.该星球表面的重力加速度为______;已知该星球的半径R,如果要在这个星球上发射一颗绕它运行的卫星,其做匀速圆周运动的最小周期为______.
正确答案
因为上抛物体做匀减速直线运动,已知初速度v0、末速度v=0、位移为h,据:
v2-=2ax
∴a==-
负号表示方向与v0方向相反,所以该星球表面的重力加速度为
在该星球表面重力提供匀速圆周运动的向心力,所以有
mg=mR
∴T=
即:Tmin==2π
=
所以答案为:,
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