- 万有引力定律及其应用
- 共7173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.
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月=1800km,R地=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月
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.
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
.
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=
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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