- 万有引力定律及其应用
- 共7173题
科学家在地球轨道外侧发现了一颗绕太阳运行的小行星,经过观测该小行星每隔t时间与地球相遇一次(即距离最近),已知地球绕太阳公转半径是R,周期是T,设地球和小行星都是圆轨道,且在同一个面同向转动,求
(1)太阳的质量
(2)小行星与地球的最近距离.
正确答案
地球绕太阳运动G=m
故太阳的质量为:M=
(2)设小行星运行周期为T1,-
=1
对小行星,有:G=m1
解得:R1=
∴小行星与地球最近距离S=R1-R=(-1)R
答:(1)太阳的质量为;
(2)小行星与地球的最近距离为(-1)R.
继1999年11月20日我国“神州一号”无人驾驶载人飞船的成功发射和回收后,我国又已经成功发送了“神州二号”、“神州三号”、“神州四号”无人宇宙飞船.所了解,我国将要按计划发送首架载人航天飞船--“神州五号”上天.届时我国宇宙员将乘我国自行研制的载人飞船遨游太空.
(1)为了使飞船到达上述速度需要一个加速过程,在加速过程中,宇航员处于超重状态.人们把这种状态下宇航员对座椅的压力与静止在地球表面时的重力的比值称为耐受力值,用k表示.选择宇航员时,要求他在此状态下的耐受力值为4≤k≤12,试求飞船在竖直向上发射时的加速度值的变化范围;
(2)若飞船绕地球运行的轨道离地面高度为400km,已知地球半径为6400km,地球表面重力加速度g=10m/s2,求此飞船的速度.(保留2位有效数字)
正确答案
(1)由题意知,宇航员对座椅的压力为
FN=kmg
根据牛顿第二定律,得
FN-mg=ma
∴a==
=(k-1)g
当4≤k≤12时,3g≤a≤11g
故加速度值的变化范围为:30m/s2≤a≤110m/s2
(2)卫星所需向心力由万有引力提供,列出等式:
答:(1)飞船在竖直向上发射时的加速度值的变化范围是30m/s2≤a≤110m/s2.
(2)此飞船的速度是7.8×103m/s.
宇航员在一行星上以l0m/s的速度竖直上抛一质量为0.2kg的物体,不计阻力,经2.5s后落回手中,已知该星球半径为7220km.
(1)该星球表面的重力加速度g,多大?
(2)要使物体沿水平方向抛出而不落回星球表面,沿星球表面抛出的速度至少是多大?
(3)若物体距离星球无穷远处时其引力势能为零,则当物体距离星球球心r时其引力势能Ep=-GMm/r(式中m为物体的质量,M为星球的质量,G为万有引力常量).问要使物体沿竖直方向抛出而不落回星球表面,沿星球表面抛出的速度至少是多大?
正确答案
(1)物体做竖直上抛运动,则有
t=
则得该星球表面的重力加速度g==
=8m/s2
(2)由mg=m,得v1=
=7600m/s
(3)由机械能守恒,得 m
+(-G
)=0+0
又因g=
所以 v2=
代入解得,v2=7600m/s≈10746m/s
答:
(1)该星球表面的重力加速度g是8m/s2.
(2)要使物体沿水平方向抛出而不落回星球表面,沿星球表面抛出的速度至少是7600m/s.
(3)要使物体沿竖直方向抛出而不落回星球表面,沿星球表面抛出的速度至少是10746m/s.
理论证明,取离星球中心无穷远处为引力势能的零势点时,以物体在距离星球中心为r处的引力势能可表示为:Ep=-G.G为万有引力常数,M、m表示星球与物体的质量,而万有引力做的功则为引力势能的减少.已知月球质量为M、半径为R,探月飞船的总质量为m.月球表面的重力加速度为g,万有引力常数G.
(1)求飞船在距月球表面H(H>)高的环月轨道运行时的速度v;
(2)设将飞船从月球表面发送到上述环月轨道的能量至少为E.有同学提出了一种计算此能量E的方法:根据E=mv2+mgH,将(1)中的v代入即可.请判断此方法是否正确,并说明理由.如不正确,请给出正确的解法与结果(不计飞船质量的变化及其他天体的引力和月球的自转).
正确答案
(1)探月飞船作圆周运动所需的向心力由月球对探月飞船的万有引力提供
所以:G=m
解得v=
(2)因探月飞船从月球表面发送到H高处的过程中月球的引力为变力,故克服引力所做的功不等于mgH,所以该同学的方法不正确;
由引力势能定义可知探月飞船从月球表面发送到H处引力势能的改变量△EP=(-G)-(-G
)=GMm
由能量守恒定律可知,将探月飞船从月球表面发送到H处所需的能量为:E=mv2+△Ep=
m
+
=
答:(1)飞船在距月球表面H(H>)高的环月轨道运行时的速度v为
;
(2)将飞船从月球表面发送到上述环月轨道的能量至少为.
天文工作者观测某行星的半径为R1,自转周期为T1,它有一颗卫星,轨道半径为R2,绕行星公转周期为T2,求:
(1)该行星的平均密度;
(2)该行星的同步卫星的速度.
正确答案
(1)根据万有引力提供向心力:G=m
-----①
得:M=--------------------------②
根据密度的定义得:ρ==
=
------------③
(2)设同步卫星轨道半径为r,则:G=m(
)2r---------④
速度与周期的关系为v=---------------------⑤
由②④⑤式解得:v=---------------------⑥
答:(1)该行星的平均密度为;
(2)该行星的同步卫星的速度为.
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