- 万有引力与航天
- 共16469题
假设火星和地球都是球体,火星的质量为M火星,地球的质量为M地球,两者质量之比为P,火星的半径为R火,地球的半径为R地,两者半径之比为q。求它们表面处的重力加速度之比。
正确答案
经过近7年时间,2亿千米在太空中穿行后,美航天局和欧航天局合作研究出“卡西尼”号土星探测器于美国东部时间6月30日抵达预定轨道,开始“拜访土星及其卫星家族.这是人类首次针对土星及其31颗已知卫星最详尽的探测.若“卡西尼”号土星探测器进入环绕土星上空的圆轨道飞行,已知土星半径为R,探测器离土星表面高度为h,环绕n周的飞行时间为t.求土星的质量M和平均密度ρ(球体体积公式V=).
正确答案
土星对探测器的引力提供探测器运行的向心力:=m
(R+h).
探测器运行的周期:T=
联立以上二式解得土星的质量为:M=
由M=Vρ和V=联立解得土星的平均密度ρ为:ρ=
答:土星的质量M=,土星的平均密度ρ=
.
一物体在地球表面重16N,将它挂在以
5 m/s2,弹簧秤示数
9N,求此时火箭离地球表面的距离为地球半径的几倍?(
m/s2)
正确答案
解:对放在地面的火箭,有 (1)
对放在地面的火箭,有 (2)
对上升中的火箭,根据牛顿第二定律,
有 (3)
对上升的火箭,有 (4)
由以上各式可以得出:
登月飞行器关闭发动机后在离月球表面h的空中沿圆形轨道绕月球飞行,周期是T,已知月球半径是R,根据这些数据计算月球的平均密度(G=6.67×10-11N•m2•kg-2).
正确答案
登月火箭所受万有引力提供它做匀速圆圆运动的向心力:
G=m
r
登月火箭做匀速圆圆运动的半径:
r=R+h
解得:
M=
月球可以看出球体,体积为V=πR3
所以月球的密度为ρ==
=
答:月球的平均密度为.
在天体运动中,将两颗彼此距离较近的行星称为双星,由于两星间的引力等于向心力而使它们在运动中距离保持不变,已知两个行星的质量分别为m1、m2,相距为L,m1、m2的半径之比为____________,m1的轨道半径为____________。
正确答案
m2∶m1,m2L/(m2+m1)
2003年10月15日9时整,搭载的“神舟”五号载人飞船发射成功,9时42分飞船进入预定轨道,于16日6时23分在内蒙古四子王旗的主着陆场安全着陆,揭开了我国航天史上新的一页.
(1)为了使飞船到达一定速度需要一个加速过程,在加速过程中,宇航员处于超重状态.人们把这种状态下宇航员对座椅的压力FN与静止在地球表面时的重力mg的比值k=FN/mg称为耐受力值.选定两名宇航员,他们在此状态下耐受力最大值分别是k=8和k=7,已知地球表面的重力加速度为g=10m/s2.试求飞船带着这两名宇航员在竖直向上发射时的加速度a的最大值不能超过多少?
(2)“神舟”五号飞船从发射到回收飞行约21h,绕地球14圈.假设把飞船的整个运动过程看作匀速圆周运动,若飞船做圆周运动的周期为T,地球半径为R,地球表面处重力加速度为g. 试导出飞船运行线速度的表达式.
正确答案
(1)根据牛顿第二定律,有:
kmg-mg=ma
a=7mg
联立解得:a=60m/s2;
(2)设地球之旅M,飞船质量为m,飞船轨道半径为r,
地球表面上质量为m′的物体所受重力等于地球对它的万有引力,
则m′g=,
则GM=gR2,
万有引力为飞船做圆周运动提供向心力,由牛顿第二定律得:
=m(
)2r;
线速度v=;
联立解得:v=;
答:(1)飞船带着这两名宇航员在竖直向上发射时的加速度a的最大值不能超过60m/s2;
(2)船运行线速度的表达式为.
小玉所在的学习小组在研究了“嫦娥一号”相关报道后得知,绕月卫星在完成其绕月的伟大历史使命后,最终将通过撞击月球表面完成最后的多项科学使命,对此同学们做了相关的研究并提出了相应的问题.
(1)“嫦娥一号”探月卫星执行的一项重要任务就是评估月壤中氦-3的分布和储量.两个氘核聚变生成一个氦-3的核反应方程是:2H→
He+______+3.26MeV,请在横线上写出相应粒子的符号.
(2)同学们提出若“嫦娥一号”以速率v竖直撞击月球后,可弹回到距月球表面大约为h的高度,设此过程动能损失了50%,则由此可推算出月球表面的重力加速度g′多大?
(3)设月球半径约为地球半径的1/4,月球的质量约为地球质量的1/81,不考虑月球自转的影响,在月球上要发射一颗环月卫星,则最小发射速度多大?(地表处的重力加速度g取10m/s2,地球半径R=6400km,计算结果保留两位有效数字)
正确答案
(1)核反应方程是2H→
He+
n+3.26MeV,
(2)设竖直弹回的速度大小为v2,则:m
=
mv2×50%
由机械能守恒定律可得:m
=mg′h
两式联立解得:g′=
(3)设地球、月球质量分别为M1、M2,地球、月球半径分别为R1、R2,卫星质量为m,在地球、月球上发射卫星的最小速度分别为v1、v2.
在地球表面附近,mg=m
最小发射速度v1==
m/s=8km/s
对地球近地卫星,根据万有引力定律有G=m
①
对月球近地卫星,根据万有引力定律有G=m
②
解①②两式得v2=v1=
×8km/s=1.8km/s
答:(1)n;(2)月球表面的重力加速度g′为
;(3)在月球上发射一颗环月卫星,最小发射速度为1.8km/s.
月球质量是地球质量的,月球半径是地球半径的
,如果分别在地球上和月球上用同一初速度竖直向上抛出一个物体(阻力不计),求:
(1)二者上升高度的比值;
(2)二者从抛出到落地所用时间的比值。
正确答案
解:
(1)=
(2)=
已知地面的重力加速度是g,那么距地面高度等于地球半径2倍处的重力加速度为___________g.
正确答案
已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,万有引力常量为G,不考虑地球自转的影响。
(1)求卫星环绕地球运行的第一宇宙速度v1;
(2)若卫星绕地球做匀速圆周运动且运行周期为T,求卫星运行半径r;
(3)由题目所给条件,请提出一种估算地不堪平均密度的方法,并推导出密度表达式。
正确答案
略
开普勒行星运动第三定律指出:行星绕太阳运动的椭圆轨道的半长轴a的三次方与它的公转周期T的二次方成正比,即=K,k是一个对所有行星都相同的常量.将行星绕太阳的运动按圆周运动处理,请你证明太阳系中该常量的表达式为(已知引力常量为G,太阳的质量为M太):k=
M太.
正确答案
因行星绕太阳做匀速圆周运动,于是轨道半长轴a即为轨道半径r,根据万有引力定律和牛顿第二定律有
G=m行(
)2r
得:=K=
已知火星表面附近的重力加速度为g,火星半径为R,火星自转周期为T.万有引力常量为G.求:
(1)火星上卫星的第一宇宙速度;
(2)火星的同步卫星距行星表面的高度h.
正确答案
(1)设质量为m的卫星绕火星表面飞行速度为v,万有引力提供向心力
=m
①
又由于=mg ②
得v=
(2)其同步卫星的周期等于其自转周期T
则对其同步卫星有:=m
(R+h) ③
联立②③解得:h=-R
答:(1)火星上卫星的第一宇宙速度是;
(2)火星的同步卫星距行星表面的高度-R.
我国执行首次载人航天飞行的神州五号飞船于2003年10月15日在中国酒泉卫星发射中心发射升空.飞船由长征-2F运载火箭先送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道,在B点实施变轨后,再进入预定圆轨道,如图所示.已知飞船在预定圆轨道上飞行n圈所用时间为t,近地点A距地面高度为L1,地球表面重力加速度为g,地球半径为R,求:
(1)飞船在近地点A的加速度aA为多大?
(2)远地点B距地面的高度L2为多少?
正确答案
(1)设地球质量为M,飞船的质量为m,在A点受到的地球引力为
F=G
地球表面的重力加速度
g=G
又由牛顿第二定律
F=ma
联立以上三式得
aA==
=
飞船在近地点A的加速度aA为.
(2)飞船在预定圆轨道飞行的周期
T=
由牛顿运动定律得
G=m(
2π
T
)2(R+L2)
联立解得
L2= 3-R
远地点B距地面的高度L2为 3-R.
已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,引力常量为G,不考虑地球自转的影响.
(1)推导出第一宇宙速度v1的表达式;
(2)我国自行研制的“神舟七号”载人飞船于2008年9月25日从中国酒泉卫星发射中心载人航天发射场用长征二号F火箭发射升空.假设“神舟七号”飞船进入预定轨道后绕地球做匀速圆周运动,运行的周期是T,结合题干中所给的已知量,求飞船绕地球飞行时离地面的高度h.
正确答案
(1)设卫星的质量为m,地球的质量为M
在地球表面附近满足G=mg
卫星做圆周运动的向心力由它受到的万有引力提供 G=m
解得:第一宇宙速度v1=
(2)设飞船的质量为m′则
G=m
解得:r=
又因为G=mg
所以r=
所以飞船绕地球飞行时离地面的高度h=-R
答:(1)第一宇宙速度v1的表达式为v1=;
(2)飞船绕地球飞行时离地面的高度h为-R.
有一种卫星叫做极地卫星,其轨道平面与地球的赤道平面成90°角,它常应用于遥感、探测.假设有一个极地卫星绕地球做匀速周运动.已知:该卫星的运动周期为T0/4(T0为地球的自转周期),地球表面的重力加速度为g,地球半径为R.则:
(1)该卫星一昼夜能有几次经过赤道上空?试说明理由.
(2)该卫星离地的高度H为多少?
正确答案
(1)卫星周期T=,则卫星一昼夜绕地球转4圈,
卫星每个周期经过赤道上空两次,因此一昼夜卫星经过地球赤道上空8次;
(2)卫星绕地球做圆周运动,由牛顿第二定律得:
G=m(
)2(R+H),
在地球表面的物体受到的重力等于万有引力,
即:G=m′g,解得H=
-R;
答:(1)该卫星一昼夜能8次经过赤道上空.
(2)该卫星离地的高度H为-R.
扫码查看完整答案与解析