- 万有引力定律及其应用
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面向全球招募志愿者移民火星的“火星一号”计划,2015年2月22日公布了男女各100人的候选名单,4名华人入围.这个计划的疯狂之处在于这是一个有去无回的旅行.假设将来技术成熟,一艘飞船从火星返回地球时,经历了如图所示的变轨过程,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据开普勒第二定律可知,飞船在轨道Ⅱ上运动时,在P点速度大于在Q点的速度.故A正确.
B、飞船在轨道Ⅰ上经过P点时,要点火加速,使其速度增大做离心运动,从而转移到轨道Ⅱ上运动.所以飞船在轨道Ⅰ上运动时的机械能小于轨道Ⅱ上运动的机械能.故B错误.
C、飞船在轨道Ⅲ上运动到P点时与飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时受到的万有引力大小相等,根据牛顿第二定律可知加速度必定相等.故C错误.
D、根据万有引力等于向心力得T=2π,虽然r相等,但是由于地球和火星的质量不等,所以周期T不相等.故D错误.
故选:A.
在太阳系中,有八大行星绕着太阳运行,按着距太阳的距离排列,由近及远依次是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星,如果把这些行星的运动近似为匀速圆周运动,那么它们绕太阳运行一周所用的时间最长的是______,运行角速度最大的是______.
正确答案
海王星
水星
解析
解:设太阳的质量为M,行星的质量为m,轨道半径为R,运动周期为T,角速度为ω.
由牛顿第二定律得
G 得T=2
ω=
=
则行星的轨道半径越大,周期越大;轨道半径越小,角速度越大.所以海王星轨道R最大,周期最大.水星轨道半径最小,角速度最大.
故答案为:海王星;水星
2008年9月25日,我国成功发射了“神舟七号”载人飞船.在飞船绕地球做匀速圆周运动的过程中,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、研究飞船绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式:
=m
R,知道飞船的运动轨道半径R和周期T,再利用万有引力常量G,通过前面的表达式只能算出地球的质量,也就是中心体的质量,无法求出飞船的质量,也就是环绕体的质量.故A错误.
B、研究飞船绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式:
=m
,得出v=
.宇航员从船舱中慢慢“走”出并离开飞船,飞船因质量减小,受到地球的万有引力减小,同时做圆周运动所需要的向心力也减小,万有引力还是完全提供向心力,所以飞船速率不变.故B错误.
C、飞船返回舱在返回地球的椭圆轨道上运动,在进入大气层之前的过程中,万有引力做正功,所以返回舱的动能逐渐增大,势能逐渐减小.故C正确.
D、若有两个这样的飞船在同一轨道上,相隔一段距离沿同一方向绕行,如果后一飞船向后喷出气体,那么后一飞船在短时间内速度就会增加,后一飞船所需要的向心力也会增加,而此时受到的万有引力大小几乎不变,也就小于所需要的向心力.那么后一飞船就会做离心运动,偏离原来的轨道,两飞船就不能实现对接.故D错误.
故选C.
从某行星表面,竖直向上发射一探测器,探测器质量为150千克(假设发射过程中探测器质量不变),上升过程的某时刻关闭火箭发动机探测器最后落回行星表面.探测器的速度随时间变化如图所示,(行星表面没有空气),求:
(1)探测器在行星表面到达的最大高度
(2)行星表面的重力加速度(设运动过程中重力加速度大小不变)
(3)从发射到落回行星表面,所用总时间是多少?
(4)火箭发动机推力多大?
正确答案
解(1)由图可知,空间探测器在 t1=8 s时具有最大瞬时速度,t2=24 s时才达到最大高度,且其最大高度为图象中△OAB的面积,
hm==768m
(2)8 s后只在星球重力作用下减速上升和加速回落.
该行星表面的重力加速度为:g==4m/s2,
(3)当时间轴下方的面积等于时间轴上方的面积时,总位移等于零,探测器回到星球表面,
则下落过程有:
解得;t1=8s
所以从发射到落回行星表面,所用总时间t=24+8s
(4)火箭加速过程,根据牛顿第二定律,有
F-mg=ma1
解得
F=m(g+a1)=18000N
答:(1)探测器在行星表面到达的最大高度为768m;
(2)行星表面的重力加速度为4m/s2;
(3)从发射到落回行星表面,所用总时间是24+8s;
(4)火箭发动机推力为1800N
解析
解(1)由图可知,空间探测器在 t1=8 s时具有最大瞬时速度,t2=24 s时才达到最大高度,且其最大高度为图象中△OAB的面积,
hm==768m
(2)8 s后只在星球重力作用下减速上升和加速回落.
该行星表面的重力加速度为:g==4m/s2,
(3)当时间轴下方的面积等于时间轴上方的面积时,总位移等于零,探测器回到星球表面,
则下落过程有:
解得;t1=8s
所以从发射到落回行星表面,所用总时间t=24+8s
(4)火箭加速过程,根据牛顿第二定律,有
F-mg=ma1
解得
F=m(g+a1)=18000N
答:(1)探测器在行星表面到达的最大高度为768m;
(2)行星表面的重力加速度为4m/s2;
(3)从发射到落回行星表面,所用总时间是24+8s;
(4)火箭发动机推力为1800N
已知下面那组数据,可以算出地球的质量 M (引力常量G已知)( )
正确答案
解析
解:A、研究月球绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式:
=m•4π2
,可以出地球的质量 M=
,故A正确.
B、地球绕太阳运动的周期T2和地球与太阳中心的距离R2,根据万有引力提供向心力:=m•4π2
,其中m为地球质量,在等式中消去,只能求出太阳的质量M′.也就是说只能求出中心体的质量.故B错误.
C、地球绕太阳运动的速度v1和地球与太阳中心的距离R2,与B选项类似,根据万有引力提供向心力只能求出太阳的质量.故C错误.
D、地球的半径R3和地球表面处的重力加速度g,忽略地球自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式:
=mg,得:M=
,故D正确.
故选AD.
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