- 万有引力理论的成就
- 共7348题
宇航员站在某一星球距离表面h高度处,以初速度v0沿水平方向抛出一个小球,经过时间t后小球落到星球表面,已知该星球的半径为R,引力常量为G,求:
(1)该星球表面的重力加速度g的大小;
(2)小球落地时的速度大小;
(3)该星球的质量。
正确答案
解:(1)小球在星球表面做平抛运动,竖直方向上有:,可得
(2)竖直方向上,小球做自由落体,则,
以上几式联立可得
(3)在星球表面的物体
结合前面
可得M=
宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球,经过时间t小球落回原处;若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球,需经过时间5t小球落回原处。(取地球表面重力加速度g=10 m/s2,空气阻力不计)
(1)求该星球表面附近的重力加速度g';
(2)已知该星球的半径与地球半径之比为R星:R地=1:4,求该星球的质量与地球质量之比M星:M地。
正确答案
解:(1)
故:
(2),所以
可解得:M星:M地=1×12:5×42=1:80
中国计划在2017年实现返回式月球软着陆器对月球进行科学探测,宇航员在月球上着陆后,自高h处以初速度v0水平抛出一小球,测出水平射程为L(这时月球表面可以看作是平坦的),已知月球半径为R,万有引力常量为G,求:
(1)月球表面处的重力加速度及月球的质量M月;
(2)如果要在月球上发射一颗绕月球运行的卫星,所需的最小发射速度为多大?
(3)当着陆器绕距月球表面高H的轨道上运动时,着陆器环绕月球运动的周期是多少?
正确答案
解:(1)由平抛运动得
着陆器在月球表面有:
(2)着陆器绕月球表面运行有:
(3)由牛顿第二定律有:
而GM=gR2∴
神舟六号飞船2005年10月12日9时在酒泉发射场升空,在太空环绕地球五天后,按预定的程序平稳地在内蒙古中部着陆。若将飞船环绕地球的运动看作匀速圆周运动,距地面的高度为h,绕地球一周的时间为T,地球半径为R,引力常量为G。求:
(1)飞船在环绕地球做圆周运动的加速度大小;
(2)地球的质量。
正确答案
解:(1)飞船在运行中只受到万有引力作用,设飞船总质量为m,由牛顿第二定律:
得:
(2)设地球质量为M,飞船的总质量为m,由万有引力提供向心力,则有:
得:
人造地球卫星的运动轨迹可近似看做匀速圆周运动,已知它的轨道半径为R,运行周期为T,万有引力恒量为G,则它的线速度大小为 ,地球的质量可表示 。
正确答案
我国在2010年实现探月计划——“嫦娥工程”,同学们也对月球有了更多的关注。
(1)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;
(2)若宇航员随登月飞船登陆月球后,在月球表面某处以速度v0竖直向上抛出一个小球,经过时间t,小球落回抛出点。已知月球半径为,万有引力常量为G,试求出月球的质量
。
正确答案
解:(1)设地球的质量为M,月球的质量为m,万有引力提供向心力,则:
设地面有一质量为m的物体,重力等于万有引力
由以上两式解得:
(2)
由以上两式解得:
宇航员站在某行星表面上一高处,沿水平方向抛出一个小球,经过时间t,小球落到行星表面,测得抛出点与落地点之间的距离为L,若抛出时的初速度增大为原来的2倍,抛出点与落地点之间的距离变为原来的1.5倍。已知两落地点在同一水平面内,该行星的半径为R,引力常量为G,求该行星的质量。
正确答案
解:设第一次抛出后小球水平位移为,则第二次为2
由几何关系可知 ①
②
由①②得
平抛运动竖直方向位移 ③
根据牛顿第二定律 ④
由上式联立解得
某天文台测得某行星的一颗卫星沿半径为R的圆周轨道绕行星转动,周期为T,试求:
(1)卫星的向心加速度;
(2)行星的质量。
正确答案
解:(1)卫星所受的向心力是由行星对卫星的万有引力提供的。设卫星的向心加速度为a,行星的质量为M,卫星的质量为m,可以列出
即卫星的向心加速度
(2)又根据向心加速度与角速度之间的关系可以列出
代入得
可知行星的质量
我国在2010年实现探月计划——“嫦娥工程”,同学们也对月球有了更多的关注。
(1)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;
(2)若宇航员随登月飞船登陆月球后,在月球表面某处以速度v0竖直向上抛出一个小球,经过时间t,小球落回抛出点。已知月球半径为r,万有引力常量为G,试求出月球的质量M月。
正确答案
解:(1)根据万有引力定律和向心力公式:
G ①
mg = G ②
解①②得:r = ③
(2)设月球表面处的重力加速度为g月,根据题意:
V0=g月t/2 ④
g月= GM月/r2 ⑤
解④⑤得:M月=2v0r2/Gt
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)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,请提出一种估算地球平均密度的方法,并推导出密度表达式。
正确答案
解:(1)设卫星的质量为m,地球的质量为M
物体在地球表面附近满足 ①
第一宇宙速度是指卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度,卫星做圆周运动的向心力等于它受到的万有引力 ②
①式代入②式,得
(2)卫星受到的万有引力为 ③
由①③式解得
(3)设质量为m0的小物体在地球表面附近所受重力为m0g,则
将地球看成是半径为R的球体,其体积为V,
地球的平均密度为
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