- 万有引力定律及其应用
- 共7173题
我国已成功发射嫦娥一号卫星和嫦娥二号卫星,即将发射嫦娥三号卫星并实现月面软着陆,对月球进行科学探测和研究.假设一名宇航员携带一杆弹簧秤和一个质量为m的物块,在近月圆形轨道运行过程中称物块时弹簧秤示数为F1,在软着陆过程中(即接近月球表面时在竖直方向上匀减速下降)称物块时弹簧秤示数为F2,到达月球表面后称物块时弹簧秤示数为F3,已知月球的半径为R,万有引力恒量为G.求:
(1)月球表面处的重力加速度g
(2)软着陆过程中的加速度a的大小
(3)月球的质量M.
正确答案
解:(1)据题到达月球表面后称物块时弹簧秤的示数等于其重力,F3=mg
则有:g=
(2)软着陆过程中,对物块,根据牛顿第二定律可得:
F2-mg=ma
解得:a=
(3)在月球表面,物体的重力约等于月球的万有引力,则得:
G=mg
解得:M=
答:(1)月球表面处的重力加速度g为.
(2)软着陆过程中的加速度a的大小为.
(3)月球的质量M为.
解析
解:(1)据题到达月球表面后称物块时弹簧秤的示数等于其重力,F3=mg
则有:g=
(2)软着陆过程中,对物块,根据牛顿第二定律可得:
F2-mg=ma
解得:a=
(3)在月球表面,物体的重力约等于月球的万有引力,则得:
G=mg
解得:M=
答:(1)月球表面处的重力加速度g为.
(2)软着陆过程中的加速度a的大小为.
(3)月球的质量M为.
为了迎接太空时代的到来,美国国会通过了一项计划:在2050年前建造成太空升降机,就是把长绳的一端搁置在地球的卫星上,另一端系住升降机,放开绳,升降机能到达地球上,人坐在升降机里,在卫星上通过电动机把升降机拉到卫星上.已知地球表面的重力加速度g=10m/s2,地球半径R=6400km.在地球表面时某人用弹簧测力计称得某物体重32N,站在升降机中,当升降机以加速度a=(g为地球表面处的重力加速度)竖直加速上升时,此人再一次用同一弹簧测力计称得同一物体重为18N,忽略地球自转的影响,求升降机此时距地面的高度.
正确答案
解:物体的质量m==3.2kg
在匀加速的升降机中,根据牛顿第二定律得
FN2-mg′=ma
mg′=2N
解得:g′=
根据万有引力等于重力得:
在地球表面:=mg
在离地高h处:=mg′
解得:h=3R.
答:升降机此时距地面的高度是3R.
解析
解:物体的质量m==3.2kg
在匀加速的升降机中,根据牛顿第二定律得
FN2-mg′=ma
mg′=2N
解得:g′=
根据万有引力等于重力得:
在地球表面:=mg
在离地高h处:=mg′
解得:h=3R.
答:升降机此时距地面的高度是3R.
(2015秋•邢台校级月考)行星绕太阳公转轨道是椭圆,冥王星公转周期为T0,其近日点距太阳的距离为a,远日点距太阳的距离为b,半短轴的长度为c,如图所示.若太阳的质量为M,万有引力常数为G,忽略其它行星对它的影响,则( )
正确答案
解析
解:A、根据第二定律:对每一个行星而言,太阳行星的连线在相同时间内扫过的面积相等.所以冥王星从B→C→的过程中,冥王星与太阳的距离先增大后减小,所以速率先变小后增大,故A错误;
B、太阳行星的连线在相同时间内扫过的面积相等.所以冥王星从A→B→C的过程中,冥王星与太阳的距离增大,速率逐渐变小,万有引力对它做负功.故B正确;
C、公转周期为T0,冥王星从A→C的过程中所用的时间是0.5T0,
由于冥王星从A→B→C的过程中,速率逐渐变小,从A→B与从B→C的路程相等,
所以冥王星从A→B所用的时间小于,故C错误;
D、设B点到太阳的距离l,则,根据万有引力充当向心力知
;知冥王星在B点的加速度为a=
,故D正确;
故选:BD.
“嫦娥一号”探月卫星在环绕月球的极地轨道上运动,由于月球的自转,因而“嫦娥一号”卫星能探测到整个月球表面.2007年12月11日“嫦娥一号”卫星的CCD相机已对月球背面进行成像探测,并获得了月球背面部分区域的影像图.卫星在绕月极地轨道上做圆周运动时距月球表面高为H,绕行的周期为TM;月球绕地公转的周期为TE,半径为R0;地球半径为RE,月球半径为RM.
试解答下列问题:
(1)若忽略地球及太阳引力对绕月卫星的影响,试求月球与地球的质量之比.
(2)若当绕月极地轨道的平面与月球绕地公转的轨道平面垂直,也与地心到月心的连线垂直(如图所示)时,探月卫星将向地球发送所拍摄的照片.已知光速为c,则此照片信号由探月卫星传送到地球最短需要多长时间?
正确答案
解:(1)由牛顿第二定律有:F向=man=,由万有引力定律公式有:
F引=,
则月球绕地球公转时由万有引力提供向心力,故:
①
同理对探月卫星绕月有:
②
由①②联立解得:
(2)如图所示,设探月极地卫星到地心距离为L0,则卫星到地面的最短距离为L0-RE,由几何知识知:
③
故将照片信号发回地面的最短时间
④
答:(1)月球与地球的质量之比为.
(2)此照片信号由探月卫星传送到地球需要最短的时间为.
解析
解:(1)由牛顿第二定律有:F向=man=,由万有引力定律公式有:
F引=,
则月球绕地球公转时由万有引力提供向心力,故:
①
同理对探月卫星绕月有:
②
由①②联立解得:
(2)如图所示,设探月极地卫星到地心距离为L0,则卫星到地面的最短距离为L0-RE,由几何知识知:
③
故将照片信号发回地面的最短时间
④
答:(1)月球与地球的质量之比为.
(2)此照片信号由探月卫星传送到地球需要最短的时间为.
宇航员在某星球上做了一个实验:以速度v0竖直上抛出一个小球,经时间t后落回手中,则该星球表面的重力加速度大小是______,已知该星球半径为R,要使物体不再落回星球表面,沿星球表面平抛出的速度至少应是______.
正确答案
解析
解:设行星表面的重力加速度为g,由物体竖直上抛运动,有:t=
得:g=
要使物体沿水平方向抛出而不落回星球表面,沿星球表面抛出的速度为v,则有:
mg=m
联立解得:v=
故答案为:,
.
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