- 万有引力与航天
- 共16469题
选择以下需要的数据,导出太阳质量、火星质量的计算式.如果存在两种不同方法,请写出两种方法.
火星绕太阳做圆周运动的轨道半径R火;
火星绕太阳做圆周运动的周期T火;
火星上表面的重力加速度g火;
火星的半径r火;
火星的一个卫星绕火星做圆周运动的轨道半径r卫和线速度v卫.
(1)要计算太阳的质量,需要用什么数据?请用该数据导出太阳质量的计算式.
(2)要计算火星的质量,需要用什么数据?请用该数据导出火星质量的计算式.
正确答案
(1)R火、T火 M= (2)g火、r火或r卫、v卫 m=
或m=
(1)计算太阳的质量时要用R火、T火,由,得太阳的质量M=
.
(2)计算火星的质量时,可以用g火、r火,由g火=,得火星的质量m=
;也可用r卫、v卫,由
,得火星的质量m=
.
(12分)目前,我国正在实施“嫦娥奔月”计划.如图所示,登月飞船以速度v0绕月球做圆周运动,已知飞船质量为m=1.2×104kg,离月球表面的高度为h=100km,飞船在A点突然向前做短时间喷气,喷气的相对速度为u=1.0×104m/s,喷气后飞船在A点的速度减为vA,于是飞船将沿新的椭圆轨道运行,最终飞船能在图中的B点着陆(A、B连线通过月球中心,即A、B两点分别是椭圆的远月点和近月点),试问:
(1)飞船绕月球做圆周运动的速度v0是多大?
(2)由开普勒第二定律可知,飞船在A、B两处的面积速度相等,即rAvA=rBvB,为使飞船能在B点着陆,A点的速度vA是多大?已知月球的半径为R=1700km,月球表面的重力加速度为g=1.7m/s2(选无限远处为零势能点,物体的重力势能大小为Ep=).
正确答案
(1)v0=1652m/s
(2)vA=1628m/s
(1)当飞船以v0绕月球做半径为rA=R+h的圆周运动时,由牛顿第二定律得,
则
式中M表示月球的质量,R为月球的半径,为月球表面的重力加速度,
所以代入数据得,v0=1652m/s
(2)根据开普勒第二定律,飞船在A、B两处的面积速度相等,所以有rAvA=rBvB,
即(R+h)vA=RvB ①
由机械能守恒定律得, ②
由①②式并代入数据得,vA=1628m/s
(B)“嫦娥一号”是我国首次发射的探月卫星,它在距离月球表面高度为200km的圆形轨道上运行,运行周期为127分钟.已知引力常量G=6.67×10-11N•m2/kg2,月球的半径为1.74×103km,利用以上数据估算月球的质量约为______kg,月球的第一宇宙速度约为______km/s.
正确答案
1、根据有引力提供嫦娥一号圆周运动的向心力有:G=m
r
得中心天体月球的质量M=r3
代入轨道半径r=R+h=1.74×103+200km=1.94×106m,周期T=127min=127×60s=7620s,引力常量G=6.67×10-11N•m2/kg2可得月球质量
M=7.4×1022kg
2、月球的第一宇宙速度为近月卫星运行的速度,根据万有引力提供向心力G=m
,
得v==
=1.68km/s
故答案为:7.4×1022;1.68.
(8分)我国发射的“嫦娥一号”卫星进入距月球表面高为h的圆轨道绕月运动。设月球半径约为地球半径的,月球质量约为地球质量的
,不考虑月球、地球自转的影响
,地球表面的重力加速度为g,地球半径为R。求:
(1)在月球上要发射一颗环月卫星,最小发射速度v0=?
(2)“嫦娥一号”卫星在距月球表面高为h的圆轨道上绕月做匀速圆周运动时的速度大小v1=?
正确答案
(1)
(2)
(1)设地球质量为M,月球的质量和半径分别为m、r,环月卫星质量为m0,已知,
,则
.............................(1分)
对地球表面质量为m1的物体,有 .................(1分)
解得
.......................(2分)
(2)设“嫦娥一号”卫星的质量为m2,则
.............................(2分)
解得 .............................(2分)
某卫星绕地球做匀速圆周运动,运行轨道距离地面高度为h,已知地球半径为R ,地球表面的重力加速度为g,求:
(1)卫星运动的线速度v
(2)卫星的运行周期T
正确答案
(1) (2分)
(2分) 解得
(1分)
(2)T=2π (3分) 解得T= 2π
(2分)
略
某人造地球卫星在赤道平面内沿圆形轨道运行,绕行方向与地球自转方向相同,轨道半径是
,周期
,
。
(1)试从这些数据估算地球的质量。(计算结果保留两位有效数字)
(2)已知地球自转周期为T,某时刻该卫星恰在某建筑物的正上方,经多长时间该卫星再一次到达该建筑物的正上方。(不用算数用T0和T表示即可)
正确答案
(1)
(2) TT0/T-T0
略
(12分)已知地球的半径为R,地球表面的重力加速度为g,某人造卫星绕地球做匀速圆周运动,卫星的质量为m,卫星绕地球运动的周期为T,根据以上条件求(用题中字母表示结果):
(1)该卫星绕地球做匀速圆周运动时离地球表面的高度;
(2)该卫星绕地球做匀速圆周运动时线速度的大小。
正确答案
(1)
(2)
(1)设地球的质量为M,卫星的质量为m,轨道半径为r,离地面高度为h
① ……………………………… 3分
② ……………………………… 3分
有上面两式,得: ………………………………1分
……………………………
… 2分
(2) ………………………………3分
若我们把地球绕太阳公转的周期与月球绕地球公转的周期之比设为p,地球绕太阳公转的半径与月球绕地球公转的半径之比设为q,由我们所学的物理知识可以得出太阳质量与地球质量之比M日/M地是 ______ 。
正确答案
由万有引力定律及牛顿运动定律,对地球有,
;同理得
,由此可得质量比。
设地球绕太阳做匀速圆周运动,轨道半径为r,速率为v,则太阳的质量可用v、r和引力常量G表示为 ▲ 。太阳围绕银河系中心的运动可视为匀速圆周运动,其运动速率约为地球公转速率的7倍,轨道半径约为地球公转轨道半径的倍。为了粗略估算银河系中的恒星数目,可认为银河系中所有恒星的质量都集中在银河系中心,且银河系中恒星的平均质量约等于太阳的质量,则银河系中恒星的数目约为 ▲ 。(结果保留两位有效数字)
正确答案
分析:研究地球绕太阳做圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式求出中心体的质量.
研究太阳绕银河系运动,由万有引力充当向心力得出银河系质量.
解答:解:研究地球绕太阳做圆周运动的向心力,由太阳对地球的万有引力充当.
根据万有引力定律和牛顿第二定律有G=m
,整理得M=
太阳绕银河系运动也是由万有引力充当向心力,同理可得M′=
故答案为:;
点评:明确研究对象,根据万有引力提供向心力找出中心体的质量.
已知地球半径为R=6.4×106 m,月球绕地球运行可近似看作匀速圆周运动,试估算月球到地心的距离.
正确答案
3.8×108 m
设月球到地心的距离为r,月球的公转周期为27天.由地球对月球的万有引力作为月球公转的向心力,则有.又在地球表面处的重力加速度g=
.由以上两式可得r=
=
=3.8×108 m.
一空间探测器从某一星球表面竖直升空,假设探测器质量恒为1500kg,发动机推动力F为恒力,若探测器升空过程中发动机突然关闭,其速度随时间的变化情况如图所示,图线上A、B、C三点对应的时刻分别为9s、25s和45s.已知该星球表面没有空气.试求:
(1)求探测器在该星球表面达到的最大高度H;
(2)求该星球表面的重力加速度;
(3)求发动机的推动力F大小.
正确答案
(1)v-t图象包围的面积表示位移.由图象可知,在25秒末探测器达到最大高度
H==800m
(2)AB段是探测器到达最高点后做自由落体运动.所以AB直线的加速度为该星球的重力加速度,其斜率表示加速度.
g==4m/s2
(3)0A段是探测器竖直上升阶段.斜率表示上升的加速度,a1=m/s2
根据牛顿第二定律:F-mg=ma1
所以F=m(a1+g)=1500×(+4)N=1.67×104N.
答:(1)探测器在该星球表面达到的最大高度H为800m;
(2)该星球表面的重力加速度为4m/s2;
(3)发动机的推动力F大小为1.67×104N.
一空间探测器从某一星球表面竖直升空,匀加速升空一段时间后,发动机突然关闭,整个上升过程其速度随时间的变化情况如图所示,图线上A、B两点对应的时刻分别为9s、25s.由图象可知探测器在该星球表面达到的最大高度H=______m;9s-25s内探测器的运动加速度大小为a=______m/s2.
正确答案
根据图线知,探测器一直向上运动,上升的最大高度H=m=800m.
9s-25s内探测器的运动加速度大小a==
m/s2=4m/s2.
故答案为:800,4
一物体从某一行星(星球表面不存在空气)表面竖直向上抛出.从抛出时开始计时,得到如图所示的S-t图象,则该物体抛出后上升的最大高度为______m,该行星表面重力加速度大小为______m/s2.
正确答案
最大高度为12m,整个竖直上抛的时间为8s,竖直上抛运动的上升过程和下降过程具有对称性,所以下降时间为4s.
根据h=gt2,g=
=1.5m/s2.
故本题答案为:12,1.5.
飞船靠近某星球表面做匀速圆周运动的周期为T,星球半径为R,则该飞船线速度的大小约为V =____;星球的质量约为M = ____;星球的平均密度ρ=____。(万有引力常量为G)
正确答案
;
;
略
(1)路灯正常工作一天消耗的电能是多少千瓦时?
(2)已知太阳能电池板的面积为0.5 m2,每平方米平均收集功率1.5 kw,若太阳光照射10小时能使路灯正常工作5天,求太阳能电池板光电转化效率.
(3)请举出这种太阳能路灯的两个优点
正确答案
(1)0.015kwh(2)10%
(3)①采用太阳能电池可以节约电能
②主灯和副灯切换工作,也节约电能
(1)主灯一天消耗的电能:
w1=P1t=15×10-3kw×6h=0.009kwh
副灯一天消耗的电能:
W2=P2t=10×10-3kw×6h=0.006kwh
路灯正常工作一天消耗的电能:
w=w1+w2=0.015kwh
(2)一天收集太阳能:w="Pt=1.5Kw/" m2×0.5 m2×10h=7.5Kwh
电池板光电转化效率:η=w电/w光×100%="0.15" kwh×5/7.5 kwh×100%=10%
(3)太阳能路灯的优点:①采用太阳能电池可以节约电能
②主灯和副灯切换工作,也节约电能,
③太阳能零排放、无污染、取之不尽等。
扫码查看完整答案与解析