- 万有引力定律及其应用
- 共7173题
世界上第一家太空旅馆--“太空度假村”,如图.由名为“银河套房”的西班牙公司设计,将在2012年开张营业,迎接第一批付费游客.现有一质量为m的太空旅馆靠近地球表面绕地球做圆周运动(轨道半径等于地球半径),某时刻太空旅馆启动发动机,在很短时间内动能变为原来的
,此后轨道为椭圆,经过远地点和经过近地点的速度比为2:3,已知地球半径为R,地球质量为M,引力常量为G.
(1)求太空旅馆靠近地球表面绕地球做匀速圆周运动时的动能.
(2)在从近地点运动到远地点的过程中克服地球引力做的功为多少?
正确答案
解:(1)航天器靠近地球表面绕地球运动时,万有引力提供向心力…①
由①得
故此时航天器动能=
(2)根据题意知,航天器在近地点的动能
又因为
所以远地点的动能
航天器从近地点向远地点运动的过程中只有地球引力做功,根据动能定理有:
W引=Ek远-Ek远==-
所以克服地球引力所做的功为
答:(1)太空旅馆靠近地球表面绕地球做匀速圆周运动时的动能;
(2)在从近地点运动到远地点的过程中克服地球引力做的功为.
解析
解:(1)航天器靠近地球表面绕地球运动时,万有引力提供向心力…①
由①得
故此时航天器动能=
(2)根据题意知,航天器在近地点的动能
又因为
所以远地点的动能
航天器从近地点向远地点运动的过程中只有地球引力做功,根据动能定理有:
W引=Ek远-Ek远==-
所以克服地球引力所做的功为
答:(1)太空旅馆靠近地球表面绕地球做匀速圆周运动时的动能;
(2)在从近地点运动到远地点的过程中克服地球引力做的功为.
从地球的南极和北极同时发射一枚火箭,两火箭的初速度大小相同,均沿水平方向,如上图所示,经过时间两火箭相距最远,求这最远距离.地球上自由落体加速度可以认为是已知的,地球半径R=6400km.
正确答案
解:从地球南极和北极同时发射的两枚火箭均沿椭圆轨道运行,地球位于椭圆轨道的一个焦点上,在椭圆轨道上运行的两枚火箭,当到达最远点时,此时两火箭相距最远.设椭圆轨道的半长轴为a,则两火箭相距最远l=4a-2R.
设火箭沿近地圆轨道运行的周期为T0,火箭由地球的万有引力提供向心力,则得:
G=m
①
在地面上有: ②
由①②得: ③
设火箭沿椭圆轨道运行的周期为T,根据开普勒第三定律: ④
两火箭最远时,经历了,即 t=
⑤
由③④⑤得:
l=4a-2R=5.92×107m
答:最远距离为5.92×107m.
解析
解:从地球南极和北极同时发射的两枚火箭均沿椭圆轨道运行,地球位于椭圆轨道的一个焦点上,在椭圆轨道上运行的两枚火箭,当到达最远点时,此时两火箭相距最远.设椭圆轨道的半长轴为a,则两火箭相距最远l=4a-2R.
设火箭沿近地圆轨道运行的周期为T0,火箭由地球的万有引力提供向心力,则得:
G=m
①
在地面上有: ②
由①②得: ③
设火箭沿椭圆轨道运行的周期为T,根据开普勒第三定律: ④
两火箭最远时,经历了,即 t=
⑤
由③④⑤得:
l=4a-2R=5.92×107m
答:最远距离为5.92×107m.
已知万有引力恒量G和地球表面的重力加速度g,则还已知下面哪一选项的数据,可以计算地球的质量?( )
正确答案
解析
解:A、已知月球绕地球运行的周期及月球中心到地球中心的距离,
根据万有引力等于向心力,=m
,能求出地球的质量,故A正确;
B、已知地球绕太阳运行的周期和地球的轨道半径只能求出太阳的质量,而不能求出地球的质量,故B错误;
C、已知人造地球卫星在地面附近绕行的速度和运行周期.由v=,可求出轨道半径,
根据=m
,可求出地球的质量.故C正确.
D、已知万有引力恒量G和地球表面的重力加速度g,根据万有引力等于重力得:=mg,
同步卫星的周期已知,知道同步卫星的高度,根据万有引力提供圆周运动向心力有=m
,r=R+h,
两等式联立可以求出地球的质量,故D正确,
故选:ACD.
已知地球绕太阳公转周期为T,公转半径为r,万有引力恒量为G,则由此可求出( )
正确答案
解析
解:设太阳的质量为M,行星的质量为m.行星绕太阳做圆周运动的向心力由太阳的万有引力提供,则有:
G=m
r
解得:M=,已知r和T,可求出太阳的质量M,但不能求出行星的质量m和行星的密度.
由于太阳的半径未知,也不能求出太阳的密度,故B正确,ACD错误.
故选:B.
冥王星到太阳的距离是地球到太阳距离的a倍,那么冥王星绕太阳公转周期是多少年?(冥王星和地球绕太阳公转的轨道可视为圆形轨道)
正确答案
解:根据得,T=
,
因为冥王星到太阳的距离是地球到太阳距离的a倍,则冥王星绕太阳公转的周期是地球绕太阳公转周期的倍,
地球公转周期为1年,所以冥王星绕太阳公转的周期为年.
答:冥王星绕太阳公转的周期为年.
解析
解:根据得,T=
,
因为冥王星到太阳的距离是地球到太阳距离的a倍,则冥王星绕太阳公转的周期是地球绕太阳公转周期的倍,
地球公转周期为1年,所以冥王星绕太阳公转的周期为年.
答:冥王星绕太阳公转的周期为年.
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