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简答题

在月球表面上高h处以初速度水平抛出一小球,抛出点与落地点间的水平距离为x。已知月球半径为R,引力常量为G,求:

(1)月球的质量M,月球的平均密度ρ;

(2)如果在月球上发射一颗月球的卫星,它在月球表面附近环绕月球运行的周期。

正确答案

解:(1)设月球表面的重力加速度为g,小球做平抛运动,则对小球:

水平方向:

竖直方向:

两式联立得

月球表面

解得

(2)卫星在月球表面附近环绕

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简答题

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)

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简答题

已知万有引力常量G,地球的半径R,地球表面重力加速度g和地球自转周期T。不考虑地球自转对重力的影响,求:

(1)地球的质量和密度;

(2)地球同步卫星的高度;

(3)第一宇宙速度。

正确答案

(1)

(2)

(3)

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简答题

如果在一个星球上,宇航员为了估测该星球的平均密度,设计了一个简单的实验:他先利用手表记下一昼夜的时间T,然后用弹簧测力计测一个砝码的重力,发现在赤道上的重力为两极的90%.试写出该星球平均密度的估算表达式.

正确答案

解:设星球的质量为M,半径为R,表面重力加速度为g',平均密度为ρ,砝码的质量为m.

 砝码在赤道上失重△F=(1- 90%) mg'=0.1mg',表明在赤道上随星球自转做圆周运动的向心力为Fn=△F=0.1mg',

而一昼夜的时间T就是星球的自转周期,根据牛顿第二定律,有

                       ①

根据万有引力定律,星球表面的重力加速度为

                 ②

联立①②得,星球平均密度的估算式为

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简答题

已知地球的半径为R,地球表面的重力加速度为g,引力常量为G。

(1)求地球的平均密度ρ;

(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。飞船于2008年9月28日成功着陆于中国内蒙古四子王旗主着陆场。神舟七号载人航天飞行圆满成功,是我国航天科技领域的又一次重大胜利,实现了我国空间技术发展具有里程碑意义的重大跨越,标志着我国成为世界上第三个独立掌握空间出舱关键技术的国家。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

解:(1)设地球的质量为M,对于在地面处质量为m的物体有:

又因为:

由①②两式解得:

(2)设飞船的质量为m',则:

由①③两式解得:

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简答题

借助于物理学,人们可以了解到无法用仪器直接测量的物理量,使人类对自然界的认识更完善。现已知太阳光经过时间t0到达地球,光在真空中的传播速度为c,地球绕太阳的轨道可以近似认为是圆,地球的半径为R,地球赤道表面的重力加速度为g,地球绕太阳运转的周期为T,忽略地球的自转,试由以上数据以及你所知道的物理知识推算太阳的质量M与地球的质量m之比为多大?

正确答案

解:由,得:

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“嫦娥一号”的成功发射,为实现中华民族几千年的奔月梦想迈出了重要的一步,已知“嫦娥一号”绕月飞行轨道近似圆周,距月球表面高度为H,飞行周期为T,月球的半径为R。试求:

(1)月球的质量M;

(2)如果在月球表面做平抛运动实验,物体抛出时离地面高度为h(h远小于R),水平位移为L,则物体抛出时初速度是多少?

正确答案

解:(1)设“嫦娥一号”质量为m1,做圆周运动时,万有引力提供向心力,则

 ①

解得 ②

(2)设月球表面的重力加速度为g0,质量为m的物体在月球表面的重力等于万有引力,则

 ③

设平抛物体的初速度为v0,飞行时间为t,则

 ④,L=v0t ⑤

由②③④⑤解得 ⑥

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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: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

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简答题

1976年10月,剑桥大学研究生贝尔偶然发现一个奇怪的射电源,它每隔1.337s发出一个脉冲信号。贝尔和她的导师曾认为他们和外星文明接上了头。后来大家认识到事情没有这么浪漫,这类天体被定名为“脉冲星”。“脉冲星”的特点是脉冲周期短,且周期高度稳定。这意味着脉冲星一定进行着准确的周期运动,自转就是一种很准确的周期运动。

(1)已知蟹状星云的中心星PS0531是一颗脉冲星,其周期为0.331s,PS0531的脉冲现象来自自转。设阻止该星离心瓦解的力是万有引力,估计PS0531的最小密度。

(2)如果PS0531的质量等于太阳质量,该星的可能半径最大是多少?(太阳质量是M=1030kg,计算结果均取2位有效数字)

正确答案

解:(1)脉冲星的脉冲周期即为自转周期,脉冲星高速自转但不瓦解的临界条件是:该星球表面的某块物质m所受星体的万有引力恰等于向心力。

故脉冲星的最小密度为

(2)由

得脉冲星的最大半径为:

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简答题

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

(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两种估算地球质量的方法并解得结果(用上面所给的已知量表示)。

正确答案

解:(1)上面结果是错误的,地球的半径R在计算过程中不能忽略,

正确解法和结果:

(2)方法一:月球绕地球做圆周运动,

方法二:在地面重力近似等于万有引力由

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