- 万有引力定律及其应用
- 共7173题
2013年12月2日,我国成功发射探月卫星“嫦娥三号”,该卫星在环月圆轨道绕行n圈所用的时间为t,月球半径为,月球表面处重力加速度为
.
(1)请推导出“嫦娥三号”卫星离月球表面高度的表达式;
(2)地球和月球的半径之比为,表面重力加速度之比为
,试求地球和月球的密度之比.
正确答案
试题分析:(1)由题意知,“嫦娥三号”卫星的周期为 (2分)
设卫星离月球表面的高度为h,由万有引力提供向心力得:
(2分)
又: (2分)
联立解得: (1分)
(2)设星球的密度为,由
得
(2分)
(2分)
联立解得: (1分)
设地球、月球的密度分别为、
,则:
(1分)
将,
代入上式,解得:
(1分)
离地面某一高度h处的重力加速度是地球表面重力加速度的,则高度h是地球半径的____________倍。
正确答案
中国现已掌握神舟飞船与太空中目标飞行器的自动和手动对接技术,这就意味着宇航员可乘飞船对在轨航天器进行维护.宇航员现欲乘神舟飞船对在距月球表面高度为h圆轨道上运行的月球卫星进行在轨维修.已知月球半径R,月球表面重力加速度为g,计算过程中可不计地球引力的影响,试根据你所学的知识解答下列问题:
(1)试求维护卫星时航天飞机的速度大小.计算结果用h、R、g表示.
(2)已知地球自转周期为T0,则该卫星每天可绕月球转几圈?计算结果用h、R、g、T0表示.
正确答案
(1)根据万有引力等于重力得,在月球上有:mg=…①
卫星绕月球做圆周运动,设速度为v,根据万有引力提供向心力有:G=m
…②
联立①②两式得:v=.
(2)设卫星的运行周期为T,根据G=m(R+h)
得:
T=2π=2π
,
因为一天的时间为T0,绕一圈的时间为T,
则每天绕月球运转的圈数为:n==
.
答:(1)维护卫星时航天飞机的速度大小为;
(2)该卫星每天可绕月球转的圈数为.
2007年10月24日,中国首颗探月卫星“嫦娥一号”在西昌卫星发射中心发射升空,准确进入预定轨道.随后,“嫦娥一号”经过变轨和制动成功进入环月轨道.如图所示,阴影部分表示月球,设想飞船在距月球表面高度为3R的圆形轨道Ⅰ上作匀速圆周运动,到达A点时经过暂短的点火变速,进入椭圆轨道Ⅱ,在到达轨道Ⅱ近月点B点时再次点火变速,进入近月圆形轨道Ⅲ,而后飞船在轨道Ⅲ上绕月球作匀速圆周运动.已知月球半径为R,月球表面的重力加速度为g0,引力常量为G.不考虑其它星体对飞船的影响,求:
(1)飞船在轨道Ⅰ、Ⅲ的速度之比.
(2)飞船在轨道Ⅰ上的运动周期.
(3)飞船从轨道Ⅱ上远月点A运动至近月点B所用的时间.
正确答案
(1)在轨道I有G=m
(1)
在轨道II上有G=m
(2)
(1)÷(2)得:=
(2)设飞船在轨道I上的运动周期为T1,在轨道I有
G=m
4R(3)
在月球表面有 G=mg1 (4)
联立(3)(4)解得:T1=16π (5)
(3)设飞船在轨道II上的运动周期T2,轨道II的半长轴为2.5R,根据开普勒定律得
=
(6)
由(5)(6)可解得:T2=7.9π
飞船从A到B的飞行时间为t==4π
答:(1)飞船在轨道Ⅰ、Ⅲ的速度之比为1:2;
(2)飞船在轨道Ⅰ上的运动周期T1=16π;
(3)飞船从轨道Ⅱ上远月点A运动至近月点B所用的时间=4π.
两颗靠得很近的恒星称为双星,它们在相互之间的万有引力作用下,绕连线上的某点做匀速圆周运动.现测得两星球的质量关系为m1=4m2,已知万有引力常量为G,则两星球的轨道半径之比r1:r2=______,线速度之比v1:v2=______.
正确答案
双星靠相互间的万有引力提供向心力,周期相等,角速度相等.
根据G=m1ω2r1,G
=m2ω2r2,
所以有:m1r1=m2r2,
则半径之比为:r1:r2=m2:m1=4:1.
根据v=rω得:v1:v2=r1:r2=m2:m1=4:1.
故答案为:4:1,4:1.
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