- 万有引力定律及其应用
- 共7173题
(1)科学家研究发现,一行星绕某恒星做圆周运动的轨道半径为r,周期为T,求该恒星质量M.
(2)已知地球的质量为M,半径为R,自转周期为T,引力常量为G,求:
①地球同步卫星离地面的高度?
②地球同步卫星的环绕速度______第一宇宙速度.(填“<”、“=”或“>”)
(3)某行星的半径是地球的0.64倍,质量是地球的0.81倍,已知地球表面的重力加速度g取9.8m/s2,地球的第一宇宙速度为7.9km/s,求该行星的第一宇宙速度是多大?
正确答案
解:(1)根据万有引力提供向心力,得M=
(2)①根据万有引力提供向心力,得
②根据万有引力提供向心力,得
,轨道半径越小,速度越大,当轨道半径r最小等于地球半径R时,速度最大等于第一宇宙速度,故同步卫星的环绕速度小于第一宇宙速度.
(3)第一宇宙速度是卫星绕星近表面速度,根据地球对卫星的万有引力提供向心力得:,得
,
某行星的半径是地球的0.64倍,质量是地球的0.81倍,所以该星球第一宇宙速度是地球的倍.
地球的第一宇宙速度为7.9km/s,所以该星球的第一宇宙速度为v=×7.9=8.89km/s.
答:(1)该恒星质量为.
(2)①地球同步卫星离地面的高度为;②<.
(3)该行星的第一宇宙速度是8.89km/s.
解析
解:(1)根据万有引力提供向心力,得M=
(2)①根据万有引力提供向心力,得
②根据万有引力提供向心力,得
,轨道半径越小,速度越大,当轨道半径r最小等于地球半径R时,速度最大等于第一宇宙速度,故同步卫星的环绕速度小于第一宇宙速度.
(3)第一宇宙速度是卫星绕星近表面速度,根据地球对卫星的万有引力提供向心力得:,得
,
某行星的半径是地球的0.64倍,质量是地球的0.81倍,所以该星球第一宇宙速度是地球的倍.
地球的第一宇宙速度为7.9km/s,所以该星球的第一宇宙速度为v=×7.9=8.89km/s.
答:(1)该恒星质量为.
(2)①地球同步卫星离地面的高度为;②<.
(3)该行星的第一宇宙速度是8.89km/s.
西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭,成功将“天链一号02星”送入太空.火箭飞行约26分钟后,西安卫星测控中心传来的数据表明,星箭分离,卫星成功进入地球同步转移轨道.“天链一号02星”是我国第二颗地球同步轨道数据中继卫星,又称跟踪和数据中继卫星,由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院为主研制.中继卫星被誉为“卫星的卫星”,是航天器太空运行的数据“中转站”,用于转发地球站对中低轨道航天器的跟踪测控信号和中继航天器发回地面的信息的地球静止通信卫星.
(1)已知地球半径R,地球表面的重力加速度g,地球自转周期T,万有引力常量为G,请你求出地球的密度和“天链一号02星”距地面的高度?
(2)某次有一个赤道地面基站发送一个无线电波信号,需要位于赤道地面基站正上方的“天链一号02星”把该信号转发到同轨道的一个航天器,如果航天器与“天链一号02 星”处于同轨道最远可通信距离的情况下,航天器接收到赤道地面基站的无线电波信号的时间 是多少?已知地球半径为R,地球同步卫星轨道半径为r,无线电波的传播速度为光速c.
正确答案
解(1)地面附近重力等于万有引力:
密度公式:
地球体积:
解得:
同步卫星受到的万有引力提供向心力,故:
卫星的高度:
h=r-R
解得:
(2)“天链一号02星”与同轨道的航天器的运行轨道都是同步卫星轨道,所以“天链一号02星”与同轨道的航天器绕地球运转的半径为r,“天链一号02星”与航天器之间的最远时的示意图如图所示.
由几何知识可知:“天链一号02星”与航天器之间的最远距离:;
无线电波从发射到被航天器接收需要分两步.首先赤道地面基站A发射的信号被中继卫星B接收,信号传输距离为r-R,则信号传输时间t1=,然后中继卫星B再把信号传递到同轨道的航天器C,信号传输距离
,则信号传输时间为t2=
=
;所以共用时:
;
答:(1)地球的密度为,“天链一号02星”距地面的高度为
;(2)航天器接收到赤道地面基站的无线电波信号的时间是
.
解析
解(1)地面附近重力等于万有引力:
密度公式:
地球体积:
解得:
同步卫星受到的万有引力提供向心力,故:
卫星的高度:
h=r-R
解得:
(2)“天链一号02星”与同轨道的航天器的运行轨道都是同步卫星轨道,所以“天链一号02星”与同轨道的航天器绕地球运转的半径为r,“天链一号02星”与航天器之间的最远时的示意图如图所示.
由几何知识可知:“天链一号02星”与航天器之间的最远距离:;
无线电波从发射到被航天器接收需要分两步.首先赤道地面基站A发射的信号被中继卫星B接收,信号传输距离为r-R,则信号传输时间t1=,然后中继卫星B再把信号传递到同轨道的航天器C,信号传输距离
,则信号传输时间为t2=
=
;所以共用时:
;
答:(1)地球的密度为,“天链一号02星”距地面的高度为
;(2)航天器接收到赤道地面基站的无线电波信号的时间是
.
我国在2007年成功发射一颗绕月球飞行的卫星,计划在2012年前后发射一颗月球软着陆器,在2017年前后发射一颗返回式月球软着陆器,进行首次月球样品自动取样并安全返回地球.设想着陆器完成了对月球表面的考察任务后,由月球表面回到围绕月球做圆周运动的轨道舱,其过程如图所示.设轨道舱的质量为m,月球表面的重力加速度为g,月球的半径为R,轨道舱到月球中心的距离为r,引力常量为G,则试求:
(1)月球的质量;
(2)轨道舱的速度大小和周期.
正确答案
解:(1)在月球表面,有:mg=…①
得月球的质量为:M=…②
(2)轨道舱绕月球做圆周运动时,由万有引力提供向心力,则有:
=m
…③
由②③得:v=…④
又由 =m
r…⑤
由②⑤得:T=2π
答:(1)月球的质量为;
(2)轨道舱的速度大小为,周期为2π
.
解析
解:(1)在月球表面,有:mg=…①
得月球的质量为:M=…②
(2)轨道舱绕月球做圆周运动时,由万有引力提供向心力,则有:
=m
…③
由②③得:v=…④
又由 =m
r…⑤
由②⑤得:T=2π
答:(1)月球的质量为;
(2)轨道舱的速度大小为,周期为2π
.
一宇航员为了估测一星球的质量,他在该星球的表面做自由落体实验:让小球在离地面h高处自由下落,他测出经时间t小球落地,已知万有引力常量G和该星球的半径为R,试估算该星球的质量.
正确答案
解:根据h=得,星球表面的重力加速度g=
;
根据,解得星球的质量M=
.
答:星球的质量为.
解析
解:根据h=得,星球表面的重力加速度g=
;
根据,解得星球的质量M=
.
答:星球的质量为.
若以相同的水平初速度,分别在距离地球和月球表面相同高度抛出小球,则在这两种情况下( )
正确答案
解析
解:小球做平抛运动,令初速度为v0,重力加速度为g,抛出点的高度为h,根据平抛规律有:
得小球飞行时间t=
平抛在水平方向做匀速直线运动故水平射程
小球落地时的速度
因为地球和月球表面的重力加速度g不相同,故
A、由于重力加速度不相同,故小球落地时的速度不同,故A错误;
B、由于重力加速度不相同,故小球落地时的速度大小也不相同,故B错误;
C、小球飞行的时间t=,由于重力加速度不同,故小球飞行时间不同,故C错误;
D、由于重力加速度不相同,故小球的射程亦不相同,故D正确.
故选:D.
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