- 万有引力定律及其应用
- 共7173题
质量为m的物体放在地球赤道上随地球自转,物体对地面的压力大小为FN,已知地球的半径为R,自转周期为T,引力常量为G,某同学根据以上信息求得地球的质量M,他的求解过程如下:C==mR(
2π
T
)2;M=
则:(1)请判断该同学的计算过程和结果是否正确?
(2)若你认为正确请说明理由,若你认为不正确请写出正确的解答.
正确答案
(1)不正确,赤道上物体的向心力不仅仅有万有引力提供
(2)地球赤道上物体随地球自转时的向心力由万有引力与地球的支持力提供,由牛顿第二定得:
-FN=mR(
2π
T
)2
整理得,M=
答:(1)不正确(2)地球的质量M为
(A选做)宇航员登上某一星球并在该星球表面做实验,用一根不可伸缩的轻绳跨过轻质定滑轮,一端挂一吊椅,另一端被坐在吊椅上的宇航员拉住,如图所示.宇航员的质量m1=65kg,吊椅的质量m2=15kg,当宇航员与吊椅以a=1m/s2的加速度匀加速上升时,宇航员对吊椅的压力为l75N.(忽略定滑轮摩擦)
(1)求该星球表面的重力加速度g;
(2)若该星球的半径6×105,地球半径6.4×106,地球表面的重力加速度10m/s2,求该星球的平均密度与地球的平均密度之比.
正确答案
(1)设宇航员受到绳向上的拉力为F,由于跨过定滑轮的两段绳子拉力相等,吊椅受到绳的拉力也是F,对他和吊椅整体进行受力分析如图所示,则有:
2F-(m1+m2)g=(m1+m2)a
设吊椅对宇航员的支持力为FN,压力为FN′,根据牛顿第三定律得:FN=FN′.
对宇航员,由牛顿第二定律得,F+FN-m1g=m1a
代入数据解得g=6m/s2.
(2)由星球密度ρ=和
=m′g得,
该星球的平均密度与地球的平均密度之比=
,
代入数值解得=
=0.64.
答:(1)星球表面的重力加速度为6m/s2.
(2)该星球的平均密度与地球的平均密度之比0.64.
2008年9月我国成功发射“神舟七号”载人航天飞船.如图为“神舟七号”绕地球飞行时的电视直播画面,图中数据显示,飞船距地面的高度约为地球半径的.已知地球半径为R,地面附近的重力加速度为g,大西洋星距地面的高度约为地球半径的6倍.设飞船、大西洋星绕地球均做匀速圆周运动.试求:
(1)“神舟七号”飞船在轨运行的线速度为多少?
(2)大西洋星在轨运行的角速度为多少?
(3)若假定“神舟七号”飞船和大西洋星的周期分别为T1和T2,某时刻大西洋星、“神舟七号”飞船正好相距最近,再经过多少时间它们刚好又处于最近位置?(结果用T1,T2及相关常数表示)
正确答案
(1)设地球质量为M,半径为R,对“神舟七号”飞船由万有引力提供向心力可得:
G=m
,
其中:r=R+.
又:GM=gR2,
解得:
v=.
(2)对太平洋星由万有引力提供向心力可得:
G=mrω2,
其中:r=7R,
又:GM=gR2,
解得:
ω=.
(3)因为“神舟七号”飞船比大西洋星运动的快,在相同时间内,“神舟七号”飞船比大西洋星多运动一周,两者再次同时回到原来相距最近的位置,由此可得:
-
=n(n=1、2、3…),
解得:
t=(n=1、2、3…).
答:(1)“神舟七号”飞船在轨运行的线速度为v=.
(2)大西洋星在轨运行的角速度为ω=.
(3)若假定“神舟七号”飞船和大西洋星的周期分别为T1和T2,某时刻大西洋星、“神舟七号”飞船正好相距最近,再经过t=(n=1、2、3…)时间它们刚好又处于最近位置.
在勇气号火星探测器着陆的最后阶段,着陆器降落到火星表面上,再经过多次弹跳才停下来.假设着陆器第一次落到火星表面弹起后,到达最高点时高度为h,速度方向是水平的,速度大小为v0.已知火星的一个卫星的圆轨道的半径为r,周期为T.火星可视为半径为R的均匀球体.求:
(1)火星表面的重力加速度;
(2)求卫星第二次落到火星表面时速度的大小,不计火星大气阻力.
正确答案
(1)根据万有引力提供向心力有:G=mr(
)2.
根据万有引力等于重力得,mg=G=mg
联立两式解得g=.
(2)根据动能定理得,
mgh=mv2-
mv02
解得v=.
答:(1)火星表面的重力加速度为.
(2)卫星第二次落到火星表面时速度的大小为v=.
火星半径为地球半径的一半,火星质量约为地球质量的,一位宇航员连同宇航服在地球上的质量为100 kg,则在火星上其质量为多少?重力为多少?
正确答案
解:
地球表面的重力加速度g地= ①
火星表面的重力加速度g火= ②
由①②得
g火=,g地=
物体在火星上重力G火=mg火= 100×4.36 N=436 N,其在火星上时质量仍为100 kg.
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