- 万有引力定律及其应用
- 共7173题
欧洲开发的全球卫星定位系统“伽利略计划”进入部署和使用阶段.“伽利略计划”将发射30颗卫星,全球卫星定位系统采用的是“移动卫星”,它与电视转播用的“地球同步卫星”不同.同步卫星的轨道平面与地球赤道平面重合,离地面的高度只能为一确定的值,移动卫星的轨道离地面的高度可以改变,相应转动周期也可以不同.设某移动卫星通过地球的南、北两极的圆形轨道运行,离地面的高度为h.已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,则该移动卫星连续两次通过地球赤道上空的时间间隔为_____________.
正确答案
对移动卫星,地球对它的引力提供其做匀速圆周运动的向心力.
即G=m(R+h)
①
对地表处物体m0,有:G=m0g ②
由①②得:T=.
于是两次经过赤道上空的时间间隔为:
Δt==
.
已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,若高空中某处的重力加速度为g,则该处距地面球表面的高度为______
A.(-1)R B.R C.
R D.2R.
正确答案
万有引力近似等于重力:设地球的质量为M,物体质量为m,物体距地面的高度为h
分别列式:=mg①
=m
②
由①②联立得:
2R2=(R+h)2解得:h=(-1)R
故选A
某行星探测器在其发动机牵引力作用下从所探测的行星表面竖直升空后,某时刻速度达到v0=80m/s,此时发动机突然发生故障而关闭,已知该行星的半径为R=5000km、第一宇宙速度是v=5km/s。该行星表面没有大气,不考虑探测器总质量的变化及重力加速度随高度的变化。求:发动机关闭后探测器还能上升的最大高度。
正确答案
在该行星表面 (4分)
设该行星的第一宇宙速度为,
(4分)
(4分)
则探测器能上升的最大高度为 (4分)
略
神奇的黑洞是近代引力理论所预言的一种特殊天体,探寻黑洞的方案之一是观测双星系统的运动规律.天文学家观测河外星系大麦哲伦云时,发现了LMCX-3双星系统,它由可见星A和不可见的暗星B构成.两星视为质点,不考虑其他天体的影响,A、B围绕两者连线上的O点做匀速圆周运动,它们之间的距离保持不变,如图4
-3-5所示.引力常量为G,由观测能够得到可见星
A的速率v和运行周期T.
(1)可见星A所受暗星B的引力可等效为位于O点处质量为m/的星体(视为质点)对它的引力,设A和B的质量分别为m1、m2,试求m/(用m1,m2表示);
(2)求暗星B的质量m2与可见星A的速率v、运行周期T和质量m1之间的关系式;
正确答案
(1)设 A、B的圆轨道半径分别为、
,由题意知,A、B做匀速圆周运动的角速度相同,设其为
。由牛顿运动定律,有
设 A、B之间的距离为,又
,由上述各式得:
,①
由万有引力定律,有: 将①代入得:
令 比较可得:
-②
(2)由牛顿第二定律,有:③
又可见星 A的轨道半径: ④
由②③④式解得: ⑤
略
某研究性学习小组首先根据小孔成像原理估测太阳半径,再利用万有引力定律估算太阳的密度.准备的器材有:①不透光圆筒,一端封上不透光的厚纸,其中心扎一小孔,另一端封上透光的薄纸;②毫米刻度尺.已知地球绕太阳公转的周期为T,万有引力常量为G.要求:
(1)简述根据小孔成像原理估测太阳半径R的过程.
(2)利用万有引力定律推算太阳密度.
正确答案
(1)其过程如图所示,用不透光圆筒,把有小孔的一端对准太阳,调节圆筒到太阳的距离,在薄纸的另一端可以看到太阳的像.用毫米刻度尺测得太阳像的直径d,圆筒长为L.
设太阳的半径为R,太阳到地球的距离为r.由
成像光路图可知:△ABO∽△CDO,则:=
,即R=
.
(2)地球绕太阳做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,设太阳质量为M,地球质量为m,则:G=mr(
)2
由密度公式ρ=及球体体积公式V=
πR3
联立以上各式可得:ρ=
答:(1)根据小孔成像原理估测太阳半径R的过程如上所述.
(2)利用万有引力定律推算出太阳的密度为.
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