- 万有引力定律及其应用
- 共7173题
2010年10月1日,我国成功发射了“嫦娥二号”探月卫星.“嫦娥二号”在距月球表面100km高度的轨道上做圆周运动,这比“嫦娥一号”距月球表面200km的圆形轨道更有利于对月球表面做出精细测绘.已知月球的质量约为地球质量的,月球的半径约为地球半径的
,地球半径为6400km,地球表面附近的重力加速度为9.8m/s2.求:
(1)月球表面附近的重力加速度;
(2)“嫦娥一号”与“嫦娥二号”在各自圆轨道上运行速度的大小之比.
正确答案
(1)质量为m的物体,在地球表面附近 G=mg地①
在月球表面附近 G=mg月 ②
由①②得:g月=•
g地=1.9 m/s2(2)设探月卫星圆轨道半径为r,则G
=m
则v=
对于“嫦娥一号”r1=R月+200 km=1800 km
对于“嫦娥二号”r2=R月+100 km=1700 km
“嫦娥一号”与“嫦娥二号”在各自圆轨道上运行速度的大小之比为:
=
=
=0.97
答:(1)月球表面附近的重力加速度是1.9 m/s2;
(2)“嫦娥一号”与“嫦娥二号”在各自圆轨道上运行速度的大小之比为0.97.
“嫦娥一号”在距离月球表面高为h处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g,求:“嫦娥一号”环绕月球运行的周期为多少?
正确答案
(1)绕月卫星绕月球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,设卫星的质量为m、轨道半径为r、月球质量为M,有
G=m(
)2(R+h)
地球表面重力加速度公式
G=mg
联立①②得到
T=2π
答:“嫦娥一号”环绕月球运行的周期为T=2π
“神舟六号”载人飞船于2005年10月12日上午9点整在酒泉航天发射场发射升空.由长征运载火箭将飞船送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道上,A点距地面的高度为h1,飞船飞行五周后进行变轨,进入预定圆轨道,如图所示.在预定圆轨道上飞行n圈所用时间为t,于10月17日凌晨在内蒙古草原成功返回.已知地球表面重力加速度为g,地球半径为R.求:
(1)远地点B距地面的高度h2.
(2)沿着椭圆轨道从A到B的最短时间.(用h1、h2、R、g表示)
正确答案
(1)飞船在B点所受的万有引力提供向心力:=mr(
)2,
T=
所以:r=
由黄金代换式GM=gR2,r=
所以:h2=-R
故远地点B距地面的高度为.
(2)椭圆轨道的半长轴:R′=
根据开普勒第三定律=
联立以上几个公式解得:T′= =2π
所以沿着椭圆轨道从A到B的时间t′==π
答:(1)远地点B距地面的高度h2=-R.
(2)沿着椭圆轨道从A到B的最短时间π.
利用匀速圆周运动中的物理规律和万有引力定律证明:
(1)绕地球正常运行的卫星,其离地面越高,则运行速度越小;
(2)世界各国发射的各种同步卫星,距地面的高度均相同.
正确答案
(1)令地球半径为R,质量为M,卫星质量为m,距地面高度为h,则卫星轨道半径为R+h,则卫星运行时万有引力提供圆周运动向心力有:
G=m
可得卫星运行线速度v=
根据数学关系可知,卫星距地面高度h越大,则线速度v越小.
(2)令地球半径为R,同步卫星距地面高度为H,地球质量为M,同步卫星质量为m,同步卫星周期为T
则同步卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供,故有:
G=m(R+H)
可得H=-R
同各国发射的同步卫星中G、M、T和R均为常量,故H相同.
答:证明过程详见解题.
天宫一号目标飞行器经过多次变轨后进入预定轨道,若在变轨过程中的某一稳定轨道近似于圆形轨道,且离地高度为348km,则天宫一号在轨道上所需的向心力是由______提供的,其运行周期为______h.(地球质量M=5.98×1024kg,地球半径为6.4×106m,引力常数G=6.67×10-11Nm2kg-2).
正确答案
天宫一号在轨道上做圆周运动靠地球的万有引力提供向心力.
有:G=m(R+h)(
)2
解得T==
s≈1.53h.
故答案为:地球的万有引力,1.53
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