- 开普勒第三定律
- 共323题
(1)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,请你推导出太阳系中该常量k的表达式.已知引力常量为G,太阳的质量为M太.
(2)开普勒定律不仅适用于太阳系,它对一切具有中心天体的引力系统(如地月系统)都成立.经测定月地距离为3.84×108 m,月球绕地球运动的周期为2.36×106 s,试计算地球的质量M地.(G=6.67×10-11 N•m2/kg2,结果保留一位有效数字)
正确答案
解:(1)因行星绕太阳作匀速圆周运动,于是轨道的半长轴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 ①
于是有=
M太 ②
即 k=M太 ③
(2)在月地系统中,设月球绕地球运动的轨道半径为R,周期为T,由②式可得=
M地 ④
解得 M地=6×1024kg
答:(1)太阳系中该常量k的表达式k=M太;(2)计算地球的质量为6×1024kg.
解析
解:(1)因行星绕太阳作匀速圆周运动,于是轨道的半长轴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 ①
于是有=
M太 ②
即 k=M太 ③
(2)在月地系统中,设月球绕地球运动的轨道半径为R,周期为T,由②式可得=
M地 ④
解得 M地=6×1024kg
答:(1)太阳系中该常量k的表达式k=M太;(2)计算地球的质量为6×1024kg.
如图所示,某行星绕太阳运动的轨道是椭圆,A点是轨道上距太阳最近的位置,B点是轨道上距太阳最远的位置.行星在A点时的速度______(填“大于”、“小于”或“等于”)在B点时的速度;行星在A点时太阳对它的万有引力______(填“大于”、“小于”或“等于”)在B点时太阳对它的万有引力.
正确答案
大于
大于
解析
解:
由开普勒第二定律可知,行星与太阳连线在相同时间内扫过的面积相等,故离太阳近的运动速度大,离太阳远的运动速度小,故行星在A点时的速度大于在B点时的速度;
由万有引力定律:可知,行星在A点时太阳对它的万有引力大于在B点时太阳对它的万有引力.
故答案为:大于;大于.
(2016•南通模拟)2015年7月14日,“新视野”号太空探测器近距离飞掠冥王星,如图所示.在此过程中,冥王星对探测器的引力( )
正确答案
解析
解:根据万有引力定律F=G,万有引力与物体之间的距离的二次方成反比,故在探测器飞掠冥王星的过程中,随着它与冥王星间距离r先减小,后增大,那么冥王星对探测器的引力先变大,后变小,而引力的方向沿两者的连线指向冥王星.故A正确,BCD错误.
故选:A.
关于开普勒行星运动的公式 =k,以下理解正确的是( )
正确答案
解析
解:A、k是一个与行星无关的常量,与恒星的质量有关,故A正确.
B、公式=k中的k是与中心天体质量有关的,中心天体不一样,k值不一样.地球公转的中心天体是太阳,月球公转的中心天体是地球,k值是不一样的.故B错误.
C、T代表行星运动的公转周期,故C错误,D正确.
故选AD.
2011年12月5日,美国国家航空航天局(简称NASA)发布声明,证实通过开普勒太空望远镜发现了“第二地球”-一颗名为开普勒22b的行星.该行星的半径约是地球的2.4倍,“开普勒22b”绕恒星“开普勒22”运动的周期为290天,轨道半径为R1,地球绕太阳运动的轨道半径为R2,测得R1:R2=0.85.球的体积公式V=πR2,由上述信息可知( )
正确答案
解析
解:AB、根据星体表面万有引力约等于重力,即=mg,M=ρV可得g∝R,故重力加速度之比2.4:1,故A正确,B错误;
CD、根据行星绕恒星运行时,万有引力提供向心力,即=mR
可得M∝,故质量之比为1:1,故CD项错误.
故选:A.
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