- 万有引力理论的成就
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已知引力常量G,地球半径R,月球和地球之间的距离r,同步卫星距地面的高度h,月球绕地球的运转周期T1,地球的自转周期T2,地球表面的重力加速度g,某同学根据以上条件,提出一种估算地球质量M的方法:同步卫星绕地心做圆周运动,由得
。
(1)请判断上面的结果是否正确,并说明理由,如不正确,请给出正确的解法和结果;
(2)请根据已知条件再提出一种估算地球质量的方法,并解得结果。
正确答案
解:(1)上面结果是错误的,地球半经R在计算过程中不能忽略
(2)①对于月球绕地球做圆周运动
② 在地面物体重力近似等于万有引力
在一次测定引力常量的实验中,已知一个质量为0.8kg的球,以1.3×10-10N的力吸引另一个质量为4.0×10-3kg的球,这两个球相距0.04m,求引力常量G。地球表面的重力加速度为9.8m/s2,地球的半径为6400km,求地球的质量。
正确答案
2007年10月24日,我国“嫦娥一号”探月卫星成功发射。“嫦娥一号”卫星开始绕地球做椭圆轨道运动,经过变轨、制动后,成为一颗绕月球做圆轨道运动的卫星。设卫星距月球表面的高度为h,做匀速圆周运动的周期为T。已知月球半径为R,引力常量为G。求:
(1)月球的质量M;
(2)月球表面的重力加速度g;
(3)月球的密度。
正确答案
解:(1)万有引力提供向心力
求出
(2)月球表面万有引力等于重力
求出
(3)根据,
求出
随着航天技术的不断发展,人类宇航员可以乘航天器登陆一些未知星球。一名宇航员在登陆某星球后为了测量此星球的质量进行了如下实验:他把一小钢球托举到距星球表面高度为h处由静止释放,计时仪器测得小钢球从释放到落回星球表面的时间为t。此前通过天文观测测得此星球的半径为R,已知万有引力常量为G,不计小钢球下落过程中的气体阻力,可认为此星球表面的物体受到的重力等于物体与星球之间的万有引力。求:
(1)此星球表面的重力加速度g;
(2)此星球的质量M;
(3)若距此星球表面高H的圆形轨道有一颗卫星绕它做匀速圆周运动,求卫星的运行周期T。
正确答案
解:(1)小钢球从释放到落回星球表面做自由落体运动
,得
(2)钢球的重力等于万有引力
得此星球的质量为
(3)距此星球表面高的圆形轨道有一颗卫星绕它做匀速圆周运动,万有引力提供向心力
,得
下图为中国月球探测工程的标志,它以中国书法的笔触,勾勒出一轮明月和一双踏在其上的脚印,象征着月球探测的终极梦想,我国自主研制的第一颗月球探测卫星“嫦娥一号”的发射成功,标志着我国实施绕月探测工程迈出重要一步。一位勤于思考的同学,为探月宇航员设计了如下实验:在月球表面,一劲度系数为k的轻质弹簧上端与质量为m1的物体A相连,下端与质量为m2的物体B相连,开始时A、B在竖直方向上处于静止状态。现用竖直向上的拉力使A以大小为a的加速度匀加速运动了时间t,此时B刚好离开地面(已知引力常数G,月球半径为R,不计月球自转)。请你求出:
(1)月球的质量;
(2)环绕在月球表面附近做匀速圆周运动的宇宙飞船的速率。
正确答案
解:对A:m1g=kx1;对B:m2g=kx2;对A:
(1)月球表面的物体,解得
(2)对宇宙飞船,解得
某行星的自转周期为T=6h,现用弹簧测力计在该行星的“赤道”和“两极”处测量同一物体的重力,弹簧测力计在赤道上的读数比在两极上的读数小10% (行星视为球体).
(1) 该行星的平均密度是多大?
(2) 设想该行星自转角速度加快到某一值时,在“赤道”上的物体会“飘”起来,这时的自转周期是多少?
正确答案
(1)3. 1×103kg/m3
(2)1. 9 h
宇航员站在一星球的表面上,由距地H高处,以初速度沿水平方向抛出一个小球,小球落到星球的表面,测得水平位移为L。该星球的半径为R,万有引力常量为G,求该星球的质量M。
正确答案
一艘宇宙飞船飞近某一新发现的行星,并进入靠近该行星表面的圆形轨道绕行数圈后,着陆在该行星上。飞船上备有以下实验器材
A.精确秒表一只
B.已知质量为m的物体一个
C.弹簧秤一个
D.天平一台(附砝码)
已知宇航员在绕行时及着陆后各作了一次测量,依据测量数据,可求出该星球的半径R及星球的质量M。(已知万有引力常量为G )
(1)两次测量所选用的器材分别为__________、_________。(用序号表示)
(2)两次测量的物理量分别是__________、__________。
(3)用该数据写出半径R、质量M的表达式。R= ______________,M= ______________。
正确答案
(1)A,BC
(2)周期T,物体重力F
(3),
太阳光到达地球表面所需的时间为500s,地球绕太阳运行一周的时间为365天,试估算出太阳的质量。(取一位有效数字)
正确答案
2×1030kg
中子星是恒星演化过程的一种可能结果,它的密度很大。现有一种子星,观测到它的自转周期为T=1/30 s,问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星体的稳定,不致因自转而瓦解?计算时星体可视为均匀球体。
正确答案
解:位于赤道处的小块物质质量为m,则有
GMm/R2=m(2π/T)2R
ρ=M / (4πR3/3)
由以上各式得ρ=3π/GT2代入数据解得ρ=1.27×1014 kg/m3
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