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简答题

你是否注意到,“神舟”六号宇宙飞船控制中心的大屏幕上出现的一幅卫星运行轨迹图,如图所示,它记录了“神舟”六号飞船在地球表面垂直投影的位置变化;图中表示一段时间内飞船绕地球沿圆周飞行四圈,依次飞经中国和太平洋地区的四次轨迹①.②.③.④,图中分别标出了各地点的经纬度(如:在轨迹①通过赤道时的经度为西经157.5°,绕行一圈后轨迹②再次经过赤道时经度为180°…),从图中你能知道“神舟”六号宇宙飞船的运行周期为______小时,在圆轨道上正常运行时距离地表的距离为______公里.(已知地球的半径为6400公里)

正确答案

(1)从图中信息可知,“神舟六号”转一圈,地球自转转过180°-157.5°=22.5°,

所以“神舟六号”的周期为:T=×T地=×24h═1.5h.

(2)(1)飞船绕地球做圆周运动的向心力由万有引力提供,

设地球质量是M,飞船质量是m,轨道半径是r,

由牛顿第二定律可得:G=m()2r--------①

地球表面的物体m′受到的重力等于地球对它的万有引力,

即:m′g=G-----------------②

由①②可以解得:r=

则飞船离地面的高度h=r-R=-R

代入数据,计算h=315km.

故答案为:1.5、315.

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简答题

我国成功地发射了“嫦娥一号”探月卫星,其轨道示意图如下图所示.卫星进入地球轨道后还需要对卫星进行10次点火控制.第一次点火,抬高近地点,将近地点抬高到约600km,第二、三、四次点火,让卫星不断变轨加速,经过三次累积,卫星加速到11.0km/s的速度进入地月转移轨道向月球飞去.后6次点火的主要作用是修正飞行方向和被月球捕获时的紧急刹车,最终把卫星送入离月面200km高的工作轨道(可视为匀速圆周运动).已知地球质量是月球质量的81倍,R=1800km,R=6400km,卫星质量2350kg,地球表面重力加速度g取10m/s2. (涉及开方可估算,结果保留一位有效数字)求:

(1)卫星在绕地球轨道运行时离地面600km时的加速度.

(2)卫星从离开地球轨道进入地月转移轨道最终稳定在离月球表面200km的工作轨道上外力对它做了多少功?(忽略地球自转及月球绕地球公转的影响)

正确答案

(1)卫星在离地600km处对卫星加速度为a,由牛顿第二定律

G=ma

又因为在地球表面有G=mg

可得a=g≈8m/s2

(2)卫星离月面200km速度为v,由牛顿第二定律得:

G=m得:v=

由G=mg

又因为地球质量M=81M

所以G=

代入数据可得 v=得:V2=2.53×106km2/s2

由动能定理,外力对卫星做功

W=mv2-mv02=×2350×(253×104-110002)=-1×1011J

答:(1)卫星在绕地球轨道运行时离地面600km时的加速度8m/s2

(2)卫星从离开地球轨道进入地月转移轨道最终稳定在离月球表面200km的工作轨道上外力对它做了-1×1011J的功.

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地球质量为M,半径为R,自转角速度为ω,万有引力恒量为G,如果规定物体在离地球无穷远处势能为0,则质量为m的物体离地心距离为r时,具有的万有引力势能可表示为Ep=-G.国际空间站是迄今世界上最大的航天工程,它是在地球大气层上空绕地球飞行的一个巨大人造天体,可供宇航员在其上居住和科学实验.设空间站离地面高度为h,如果在该空间站上直接发射一颗质量为m的小卫星,使其能到达地球同步卫星轨道并能在轨道上正常运行,求该卫星在离开空间站时必须具有多大的初动能?

正确答案

由G=得,卫星在空间站上动能为Ek=mv2=G

卫星在空间站上的引力势能为EP=-G

机械能为E1=Ek+Ep=-G

同步卫星在轨道上正常运行时有G=mω2r

故其轨道半径r=

由上式可得同步卫星的机械能E2=-G=-m

卫星运动过程中机械能守恒,故离开航天飞机的卫星的机械能应为E2

设离开航天飞机时卫星的初动能为Ek0

则Ek0=E2-Ep=-m+G

答:该卫星在离开空间站时必须具有初动能为-m+G

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简答题

我国航天计划的下一个目标是登上月球,当飞船靠近月球表面的圆形轨道绕行几圈后登陆月球,飞船上备有以下实验器材:

A.计时表一只;

B.弹簧测力计一把;

C.已知质量为m的物体一个;

D.天平一只(附砝码一盒).

已知宇航员在绕行时及着陆后各做了一次测量,依据测量的数据,可求出月球的半径R 及月球的质量M(已知万有引力常量为G)

(1)两次测量所选用的器材分别为______、______和______(用选项符号表示);

(2)两次测量的物理量是______和______;

(3)试用所给物理量的符号分别写出月球半径R和质量M的表达式R=______,M=______.

正确答案

(1)重力等于万有引力

                mg=G

万有引力等于向心力:

               G=mR               

由以上两式解得

                R=---①

                M=-----②

由牛顿第二定律

               F=mg------③

因而需要用计时表测量周期T,用天平测量质量,用弹簧秤测量重力;

故选ABC.

(2)由第一问讨论可知,需要用计时表测量周期T,用天平测量质量,用弹簧秤测量重力;

故答案为:飞船绕月球表面运行的周期T,质量为m的物体在月球上所受的重力F.

(3)由①②③三式可解得

            R=

            M=

故答案为:R=、M=

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某物体在地面上所受重力为G0,将它放在卫星中,在卫星随火箭向上匀加速度升空的过程中,当卫星离地面高为H时支持该物体的支持物对其弹力为N,设地球半径为R,第一宇宙速度为v,求火箭上升的加速度.

正确答案

物体在地面上所受重力为G0,因此其质量m=

因为地球的第一宇宙为v=

所以在地球表面附近的重力加速度g0=

所以该物体的质量m=

当卫星离地面高为H时,根据万有引力等于重力=mg

则该处的重力加速度为:

g===

根据牛顿第二定律:N-mg=ma

则火箭上升的加速度为:

a==-=-

答:火箭上升的加速度为-

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