- 万有引力定律及其应用
- 共7173题
我国已启动“嫦娥工程”,并于2007年10月24日成功发射绕月运行的探月卫星“嫦娥Ⅰ号”.设该卫星可贴近月球表面运动且轨道是圆形的,已知地球半径约是月球半径的4倍,地球质量约是月球质量的81倍,地球近地卫星的周期约为84min,地球表面重力加速度g取10m/s2,求:
(1)绕月表面做匀速圆周运动的“嫦娥Ⅰ号”,其运动周期约是多大?
(2)设想宇航员在月球表面上做自由落体实验,某物体从离月球表面20m处自由下落,约经多长时间落地?
正确答案
设地球质量为M,半径为R,近地卫星的质量为m,周期为T0,它受地球的万有引力提供向心力,则
=m(
2π
T0
)2R
设月球质量为M1,半径为R1,探月卫星的质量为m1,周期为T1,它受月球的万有引力提供向心力,则
=m1(
)2R1
=
=
=
T1=94.5min
(2)设地球表面重力加速度g,月球表面重力加速度g1,自由下落高度为h,
根据星球表面的物体受到的重力等于万有引力,在地球和月球上都有
mg=G
m1g1=G
下式比上式得:=
•(
)2=
×
所以g1=m/s2
根据自由落体运动的规律
h=at12
t1==
s=4.5s
答:(1)绕月表面做匀速圆周运动的“嫦娥Ⅰ号”,其运动周期约是94.5min.
(2)设想宇航员在月球表面上做自由落体实验,某物体从离月球表面20m处自由下落,约经4.5s落地.
(1)现在有很多人对1969年美国的“阿波罗”登月事件表示怀疑,认为美国并没有登上月球,而是在好莱坞影棚里拍摄的.某同学想:那时候还没有电脑特技,画面中人和器材的运动可以造假,但一些细节的物理规律是无法造假的!于是他从网上找到一段宇航员阿姆斯特朗在月球表面向前跳跃的视频,仔细观察到在阿姆斯特朗某次刚好飞到最高点时,在他的脚底有一小块泥土脱落,这块泥土脱落后作的是______运动,他将画面在此暂停,如图1所示,用直尺量出屏幕上阿姆斯特朗的身长为a,量出脚底到月面的垂直距离为b,然后拿出手机开启秒表功能开始计时,同时继续播放视频,测得该泥土从脱落到落地时间为t:他再从网上查到阿姆斯特朗的真实身高为H,子是他通过计算得到月球表面重力加速度为______;最后他将自己的计算结果与真实的地、月表面重力加速度进行了比较,得到了对美国“阿波罗”登月事件自己的判断.
(2)验证碰撞中动量守恒
如图2所示,水平桌面一端固定一水平弹簧,用物块A将弹簧压缩至一定长度(弹簧始终处在弹性限度内),然后静止释放;物块么被弹出后滑行至P点停下.在A滑行路径上适当位置选择一点D并作上标记:再在O点放上与A材质相同的物块B(图中未画出),将A放在上次相同初始位置静止释放,A与B碰撞后各自滑行至从M、N点停下.
①为了验证碰撞中动量守恒,我们需要______
A.用天平测出A、B两物块的质量mA,mB
B.测出地面与物块A、B的动摩擦因素μ
C.为了防止物块A反弹,mA应大于mB
D.A第一次滑行距离OP,A第二次滑行距离OM,B滑行距离ON
②要验证动量守恒.需要验证的公式为______(用所选选项中字母表示)
③做实验时两物块实际上都已不能视为质点,为了更准确,B物块放到O点时应让其______(左、右)端与O点对齐,桌面上记录下的P、M点应为物块A的______(左、右)端,N点应为物块B的______(左、右)端.
正确答案
(1)阿姆斯特朗某次刚好飞到最高点时,在他的脚底有一小块泥土脱落,小块泥土只受重力,初速度为零,所以将做竖直向下初速度为零的匀加速直线运动.
用直尺量出屏幕上阿姆斯特朗的身长为a,量出脚底到月面的垂直距离为b,阿姆斯特朗的真实身高为H,
所以脚底到月面的真实垂直距离h=
根据运动学规律得
h=gt2,解得g=
.
(2)①静止释放,物块么被弹出后滑行至P点停下.
根据动能定理得-μmAgS0P=0-mA
vA=2μgS0P
将A放在上次相同初始位置静止释放,A与B碰撞后各自滑行至从M、N点停下.
根据动能定理得-μmAgS0M=0-mA
=2μgS0M
-μmBgS0N=0-mB
=2μgS0N
所以为了验证碰撞前后动量守恒,即是验证碰撞前的动量等于碰撞后的动量即可.
即mAvA=mA+mB
mAS0P=mAS0M+mBS0N
所以用天平测出A、B两物块的质量mA,mB和A第一次滑行距离OP,A第二次滑行距离OM,B滑行距离ON.
为了防止物块A反弹,mA应大于mB .
故选ACD.
②要验证动量守恒.需要验证的公式为mAS0P=mAS0M+mBS0N
③做实验时两物块实际上都已不能视为质点,为了更准确,B物块放到O点时应让其左端与O点对齐,桌面上记录下的P、M点应为物块A的右端,N点应为物块B的左端.
故答案为:(1)竖直向下初速度为零的匀加速直线,
(2)①ACD
②mAS0P=mAS0M+mBS0N
③左,右,左
我国在2010年实现探月计划--“嫦娥工程”.同学们也对月球有了更多的关注.
(1)若已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,月球绕地球运动的周期为T,月球绕地球的运动近似看做匀速圆周运动,试求出月球绕地球运动的轨道半径;
(2)若宇航员随登月飞船登陆月球后,在月球表面某处以速度v0竖直向上抛出一个小球,经过时间t,小球落回抛出点.已知月球半径为r,万有引力常量为G,试求出月球的质量M月.
正确答案
(1)根据万有引力定律和向心力公式:
G=M月(
)2r(1)
mg=G(2)
解(1)(2)得:r=
(2)设月球表面处的重力加速度为g月,根据题意:
得到 t= (3)
又g月= (4)
解(3)(4)得:M月=
答:(1)月球绕地球运动的轨道半径是;
(2)月球的质量M月=.
宇航员站在一星球表面上,沿水平方向以初速度v0从倾斜角为θ的斜面顶端P处抛出一个小球,测得经过时间t小球落在斜面上的另一点Q,已知该星球的半径为R,求:
(1)该星球表面的重力加速度;
(2)该星球的第一宇宙速度.
正确答案
(1)小球从P到Q的过程中由平抛运动规律得:
水平位移x=υ0t,竖直位移y=gt2
由位移关系得:tanθ==
,
解得:g=
(2)该星球的近地卫星的向心力由万有引力提供
G=m
①
该星球表面物体所受重力等于万有引力,
G=mg②
由①②得v==
答:(1)该星球表面的重力加速度为;
(2)该星球的第一宇宙速度为.
宇航员站在一星球表面上的某高处,以初速度v0沿水平方向抛出一个小球,经过时间t,球落到星球表面,小球落地时的速度大小为v.已知该星球的半径为R,引力常量为G,求:
(1)小球落地时竖直方向的速度vy
(2)该星球的质量M
(3)若该星球有一颗卫星,贴着该星球的表面做匀速圆周运动,求该卫星的周期T.
正确答案
(1)小球做平抛运动,则落地时水平速度为v0,则vy=
(2)小球竖直方向上,vy=gt
则g==
星球表面万有引力等于重力,则有
G=mg
解得:M=
(3)星体表面重力提供向心力,则有:
mg=mR
解得T=2π
答:(1)小球落地时竖直方向的速度vy=(2)该星球的质量M=
(3)该卫星的周期T=2π
.
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