第七章万有引力与宇宙航行 章末测试题-(2019)新人教版高中物理高一下学期必修第二册.rar
1第七章第七章 万有引力与万有引力与与宇宙航行与宇宙航行章末检测试题章末检测试题(时间:90 分钟满分:100 分)一、选择题(17 为单项选择题,815 为多项选择题.每小题 4 分,共 60分)1.航天飞机在完成对轨道哈勃空间望远镜的维修任务后,在点从圆形轨道A进入椭圆轨道,为轨道上的一点,如图所示,关于航天飞机的运动,下列B说法中错误的是( )A.在轨道上经过点的速度小于经过点的速度ABB.在轨道上经过点的速度小于在轨道上经过点的速度AAC.在轨道上运动的周期小于在轨道运动的周期D.在轨道上经过点的加速度小于在轨道上经过点的加速度AA2北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统(CNSS),建成后的北斗卫星导航系统包括 5 颗同步卫星和 30 颗一般轨道卫星对于其中的 5 颗同步卫星,下列说法中正确的是()A它们运行的线速度一定大于第一宇宙速度B地球对它们的吸引力一定相同C一定位于赤道上空同一轨道上D它们运行的速度一定完全相同3.若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律,在已知月地距离约为地球半径 60 倍的情况下,需要验证( )A.地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的21/ 60B.月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的21/ 60C.自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的1/ 6D.苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的1/ 6024.为了探测引力波,“天琴计划”预计发射地球卫星,其轨道半径约为地P球半径的 16 倍;另一地球卫星的轨道半径约为地球半径的 4 倍。与的周QPQ期之比约为( )A.2:1B.4:1C.8:1D.16:15天文学家发现某恒星有一颗行星在圆形轨道上绕其运动,并测出了行星的轨道半径和运动周期,若知道比例系数G,由此可推算出( )A行星的质量 B行星的半径C恒星的质量D恒星的半径6.银河系的恒星大约有四分之一两两组成了双星系统.如图所示,某双星系统由质量不等的星体和构成,两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线1S2S上某一定点C做匀速圆周运动,由天文观察测得其运动周期为到C点的距离1,T S为到C点的距离为和的距离为r,且,已知引力常量为G,那么以12,r S21,r S2S12rr 下说法正确的是( )A.由于,所以星体的向心力大小小于的向心力大小12rr1S2SB.的质量大于的质量1S2SC.两星做圆周运动的线速度相等D.的质量为2S22124 r rGT7.设地球的半径为,质量为 m 的卫星在距地面高处做匀速圆周运动,0R03R地面的重力加速度为,则以下说法错误的是( ) gA.卫星的线速度为B.卫星的加速度为002g R04g3C.卫星的周期 D.卫星的角速度为0016Rg0018gR8.在浩瀚的宇宙中存在着形形色色的星体,其中双星系统、三星系统、四星系统等占有一定的比例。假设星体A、B、C、D之间的连线刚好构成一边长为的正方形,如图所示,它们围绕正方形的中心 O在同一平面内做稳定的匀速圆l周运动。已知四个星体的质量均为M,引力常量为G,则下列说法正确的是( )A.星体 A 做匀速圆周运动的轨道半径为22lB.星体 A 做匀速圆周运动的向心力大小为222GMlC.四个星体做匀速圆周运动的线速度相同D.星体 A 的运行周期为22(42)llGM9.由于地球自转的影响,地球表面的重力加速度会随纬度的变化而有所不同。已知地球表面两极处的重力加速度大小为,在赤道处的重力加速度大小0g为,地球自转的周期为,引力常量为。假设地球可视为质量均匀分布的gTG球体。下列说法正确的是( )A质量为的物体在地球北极受到的重力大小为mmgB质量为的物体在地球赤道上受到的万有引力大小为m0mgC地球的半径为202()4gg TD地球的密度为0203()gGTgg10.同步卫星到地心的距离为r,运行速度,加速度为,地球赤道上的物体1v1a随地球自转的向心加速度为,第一宇宙速度为,地球的半径为R。则( )2a2v4 A.B.C.D.12araR12aRar12vRvr2122vRvr11.2017 年 6 月 16 日,来自中国的“墨子号”量子卫星从太空发出两道红色的光射向青海德令哈站与千里外的云南丽江高美古站,首次实现了人类历史上第一次距离达“千公里级”的量子密钥分发.下列说法正确的是( )A.经典力学适用于“墨子号”绕地球运动的规律B.经典力学适用于光子的运动规律C.量子力学可以描述“墨子号”发出两道红光的运动规律D.量子力学的发现说明经典力学已经失去了应用价值12.某行星外围有一圈厚度为d的发光物质,其简化模型如图甲所示,R为该行星除发光带以外的半径。现不知发光带是该行星的组成部分还是环绕该行星的卫星群,某科学家做了精确地观测后发现:发光带绕行星中心的运行速度与到行星中心的距离r的关系如图乙所示(图中所标为已知量),则下列说法正确的0v是(引力常量为G)( )A.发光带是该行星的组成部分B.行星表面的重力加速度20vgR C.该行星的质量为20RvGD.该行星的平均密度为2034 ()RvG Rd13.地球和木星绕太阳运行的轨道可以看做是圆形的,它们各自的卫星轨道也可看做是圆形的。已知木星的公转轨道半径约是地球公转轨道半径的 5 倍,木星半径约是地球半径的 11 倍,木星质量大于地球质量。某同学根据地球和木星的不同卫星做圆周运动的半径r与周期T,作出如图所示图象。已知引力常量为C,地球的半径为R,下列说法正确的是( )5A.地球密度为33adR GB.木星密度为3335bR GcC.木星与地球密度的比值为35bdacD.木星与地球密度的比值为311bdac14如图所示,a、b、c是地球大气层外圈圆形轨道上运动的三颗卫星,a和b质量相等,且小于c的质量,则( )Ab所需向心力最小Bb、c的周期相同且大于a的周期Cb、c的向心加速度大小相等,且大于a的向心加速度Db、c的线速度大小相等,且小于a的线速度15暗物质是 21 世纪物理学之谜,对该问题的研究可能带来一场物理学的革命为了探测暗物质,我国在 2015 年 12 月 17 日成功发射了一颗被命名为“悟空”的暗物质探测卫星已知“悟空”在低于同步卫星的轨道上绕地球做匀速圆周运动,经过时间t(t小于其运动周期),运动的弧长为s,与地球中心连线扫过的角度为(弧度),引力常量为G,则下列说法中正确的是()A “悟空”的线速度小于第一宇宙速度B “悟空”的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度C “悟空”的环绕周期为2tD “悟空”的质量为s3Gt2二、计算题(本题共 4 小题,共 40 分.要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)16.(8 分)双星系统的运动实际上会受其他星体的影响而存在误差。 假设质量均为 m 的星体甲和乙构成理论上的双星系统,已知两星体之间的距离为6L,引力常量为G。根据所学的知识计算得出双星系统的理论运行周期为T(T为未知量),通过测量可知双星系统的实际运行周期为,假设引起该误差的12TT 原因是受到甲、乙两星体连线中点处星体丙的影响。求:(1)双星的理论运行周期T。(2)星体丙的质量M。17.(8 分)某物体在地面上受到的重力为 160 N,将它放置在卫星中,在卫星以 a= g 的加速度随火箭向上加速升空的过程中,物体与卫星中的支持物的相12互挤压的力为 90 N,卫星距地球表面有多远?(地球半径 R地=6.4103 km,g 表示重力加速度,g 取 10 m/s2)18 (12 分)人造地球卫星P绕地球球心做匀速圆周运动,已知P卫星的质量为m,距地球球心的距离为r,地球的质量为M,引力恒量为G,求:(1)卫星P与地球间的万有引力的大小;(2)卫星P的运动周期;(3)现有另一地球卫星Q,Q绕地球运行的周期是卫星P绕地球运行周期的78 倍,且P、Q的运行轨迹位于同一平面内,如图所示,求卫星P、Q在绕地球运行过程中,两星间相距最近时的距离多大19.(12 分)火星半径是地球半径的 ,火星质量大约是地球质量的 ,那么:1219(1)地球表面上质量为 50 kg 的宇航员在火星表面上受到的重力是多少?(2)若宇航员在地球表面能跳 1.5 m 高,那他在火星表面能跳多高?(在地球表面的重力加速度 g 取 10 m/s2)1第七章第七章 万有引力与万有引力与与宇宙航行与宇宙航行章末检测试题章末检测试题(时间:90 分钟满分:100 分)一、选择题(17 为单项选择题,815 为多项选择题.每小题 4 分,共 60分)1.航天飞机在完成对轨道哈勃空间望远镜的维修任务后,在点从圆形轨道A进入椭圆轨道,为轨道上的一点,如图所示,关于航天飞机的运动,下列B说法中错误的是( )A.在轨道上经过点的速度小于经过点的速度ABB.在轨道上经过点的速度小于在轨道上经过点的速度AAC.在轨道上运动的周期小于在轨道运动的周期D.在轨道上经过点的加速度小于在轨道上经过点的加速度AA答案:D解析:由,得,在航天飞机然运行的轨道上,线速度随着22vMmmGrrGMvr距地心的距离减小而增大,所以远地点的线速度比近地点的线速度小,故ABvvA 正确;航天飞机从圆形轨道变轨到椭圆轨道,需要减速,发生近心运动才能实现,因此,故 B 正确;由,得,可知航天飞机到IIIAAvv222MmmrGTr234 rTGM地心的距离越大,周期越大,因此,故 C 正确;航天飞机运动的加速度由万有IIITT引力提供,不管在轨道还是在轨道,在A点两者的受力是相等的,因此加速度相等,故 D 错误。2北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统(CNSS),建成后的北斗卫星导航系统包括 5 颗同步卫星和 30 颗一般轨道卫星对于其中的 5 颗同步卫星,下列说法中正确的是()2A它们运行的线速度一定大于第一宇宙速度B地球对它们的吸引力一定相同C一定位于赤道上空同一轨道上D它们运行的速度一定完全相同答案:C解析:第一宇宙速度是卫星做圆周运动的最大环绕速度,同步卫星的速度一定小于第一宇宙速度,故 A 错误由于 5 颗同步卫星的质量未知,无法比较地球对它们的吸引力大小,故 B 错误同步卫星的轨道一定在赤道上空同一轨道上,故 C 正确同步卫星的轨道半径相等,线速度大小相等,但是速度方向不同,故 D 错误3.若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律,在已知月地距离约为地球半径 60 倍的情况下,需要验证( )A.地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的21/ 60B.月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的21/ 60C.自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的1/ 6D.苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的1/ 60答案:B解析:若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律万有引力定律,则应满足即加速度与距离的平方2,MmGmarar成反比,由题中数据知,选项 B 正确,其余选项错误。4.为了探测引力波,“天琴计划”预计发射地球卫星,其轨道半径约为地P球半径的 16 倍;另一地球卫星的轨道半径约为地球半径的 4 倍。与的周QPQ期之比约为( )A.2:1B.4:1C.8:1D.16:1答案:C解析:设地球的半径为 R,由题意可知地球卫星 P 的轨道半径为,地球卫星 Q 的轨道半径为,由开普勒第三定律可得:3代入数据解得:,故 ABD 错误,C 正确。5天文学家发现某恒星有一颗行星在圆形轨道上绕其运动,并测出了行星的轨道半径和运动周期,若知道比例系数G,由此可推算出( )A行星的质量 B行星的半径C恒星的质量D恒星的半径解析:选 C.恒星对行星的引力为行星绕恒星运动提供向心力,即GmrMmr2,故M,恒星的质量M可求出,选项 C 正确,其他的几个物理量42T242r3GT2无法根据行星的轨道半径和运动周期求出,A、B、D 错误6.银河系的恒星大约有四分之一两两组成了双星系统.如图所示,某双星系统由质量不等的星体和构成,两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线1S2S上某一定点C做匀速圆周运动,由天文观察测得其运动周期为到C点的距离1,T S为到C点的距离为和的距离为r,且,已知引力常量为G,那么以12,r S21,r S2S12rr 下说法正确的是( )A.由于,所以星体的向心力大小小于的向心力大小12rr1S2SB.的质量大于的质量1S2SC.两星做圆周运动的线速度相等D.的质量为2S22124 r rGT答案:D解析:两星均靠彼此间的万有引力提供向心力,故两星向心力大122m mFGr4小相等,A 错误;根据双星的角速度相同,向心力大小相等得,解得221122mrmr,即轨道半径与其质量成反比,所以,即的质量小于的质1221mrmr12rr12mm1S2S量,B 错误;因为角速度相等,而轨道半径不同,所以线速度不等,C 错误;根据万有引力提供向心力得,解得,D 正确.2121122()m mGmrrT221224 r rmGT7.设地球的半径为,质量为 m 的卫星在距地面高处做匀速圆周运动,0R03R地面的重力加速度为,则以下说法错误的是( ) gA.卫星的线速度为B.卫星的加速度为002g R04gC.卫星的周期 D.卫星的角速度为0016Rg0018gR答案:B解析:A.由、两式得A 项正确。220044MmvGmRR020MmGmgR002g Rv B.由得B 选项错误.204vaR016ga C.由得C 项正确。02 4RTv0016RTgD.由得D 项正确。2T0018gR本题选择错误的,故选 B。8.在浩瀚的宇宙中存在着形形色色的星体,其中双星系统、三星系统、四星系统等占有一定的比例。假设星体A、B、C、D之间的连线刚好构成一边长为的正方形,如图所示,它们围绕正方形的中心 O在同一平面内做稳定的匀速圆l周运动。已知四个星体的质量均为M,引力常量为G,则下列说法正确的是( )5A.星体 A 做匀速圆周运动的轨道半径为22lB.星体 A 做匀速圆周运动的向心力大小为222GMlC.四个星体做匀速圆周运动的线速度相同D.星体 A 的运行周期为22(42)llGM答案:AD解析:由题图知,四个星体做匀速圆周运动的轨道半径为正方形对角线的一半,即,A 正确;由星体B、C、D的万有引力的合力提供星体A的向22rl心力,即,B 错误;由于线速度为2222=2cos45( 2 )MMFGGll合22(2 21)2GMl矢量,四个星体做匀速圆周运动的线速度大小相等,但方向不同,C 错误;由牛顿第二定律可得,,解得,222242(2 21)22GMMllT22(42)lTlGMD 正确。9.由于地球自转的影响,地球表面的重力加速度会随纬度的变化而有所不同。已知地球表面两极处的重力加速度大小为,在赤道处的重力加速度大小0g为,地球自转的周期为,引力常量为。假设地球可视为质量均匀分布的gTG球体。下列说法正确的是( )A质量为的物体在地球北极受到的重力大小为mmgB质量为的物体在地球赤道上受到的万有引力大小为m0mgC地球的半径为202()4gg TD地球的密度为0203()gGTgg答案:BCD6解析:因地球表面两极处的重力加速度大小为,则质量为m的物体在地0g球北极受到的重力大小为,选项 A 错误;因在地球的两极,则质0mg20MmGRmg量为m的物体在地球赤道上受到的万有引力大小为,选项 B 正确;20MmFGRmg在赤道上:;联立解得:,选项 C 正确;地球2224MmGmgmRRT220()4gg TR的密度为,联立解得:,选项 D 正确。343MR002)3(gGTgg10.同步卫星到地心的距离为r,运行速度,加速度为,地球赤道上的物体1v1a随地球自转的向心加速度为,第一宇宙速度为,地球的半径为R。则( )2a2v A.B.C.D.12araR12aRar12vRvr2122vRvr答案:AC解析:因为同步卫星的周期等于地球自转的周期,所以两者角速度相等,根据,得,故 A 正确,B 错误;根据万有引力提供向心力有,2ar12araR22MmvGmrr得,则,故 C 正确.D 错误。GMvr12vRvr11.2017 年 6 月 16 日,来自中国的“墨子号”量子卫星从太空发出两道红色的光射向青海德令哈站与千里外的云南丽江高美古站,首次实现了人类历史上第一次距离达“千公里级”的量子密钥分发.下列说法正确的是( )A.经典力学适用于“墨子号”绕地球运动的规律B.经典力学适用于光子的运动规律C.量子力学可以描述“墨子号”发出两道红光的运动规律D.量子力学的发现说明经典力学已经失去了应用价值答案:AC解析:经典力学适用于宏观、低速物体的运动,“墨子号”绕地球的运动属于宏观、低速的运动,而对于高速运动的光子,经典力学已经不再适用,故 A 正确,B 错误;量子力学可以描述光子的运动规律,而且量子力学和经典力学的适用7范围不同,各自在自己的范围内是有价值的,故 C 正确,D 错误.12.某行星外围有一圈厚度为d的发光物质,其简化模型如图甲所示,R为该行星除发光带以外的半径。现不知发光带是该行星的组成部分还是环绕该行星的卫星群,某科学家做了精确地观测后发现:发光带绕行星中心的运行速度与到行星中心的距离r的关系如图乙所示(图中所标为已知量),则下列说法正确的0v是(引力常量为G)( )A.发光带是该行星的组成部分B.行星表面的重力加速度20vgR C.该行星的质量为20RvGD.该行星的平均密度为2034 ()RvG Rd答案:BC解析:若发光带是环绕该行星的卫星群,则根据,可得22MmvGmrr,与题图乙相符,A 错误。发光带是卫星群,由可得21vGMr22MmvGmrr,当时,则有,C 正确,当时,则2v rMGrR0vv20v RMGrR20vmgmR 行星表面的重力加速度,B 正确.该行星的平均密度,D20vgR 20233443vMGRR错误。13.地球和木星绕太阳运行的轨道可以看做是圆形的,它们各自的卫星轨道也可看做是圆形的。已知木星的公转轨道半径约是地球公转轨道半径的 5 倍,木星半径约是地球半径的 11 倍,木星质量大于地球质量。某同学根据地球和木星的不同卫星做圆周运动的半径r与周期T,作出如图所示图象。已知引力常量为C,地球的半径为R,下列说法正确的是( )8A.地球密度为33adR GB.木星密度为3335bR GcC.木星与地球密度的比值为35bdacD.木星与地球密度的比值为311bdac答案:AD解析:卫星做圆周运动,整理得,又木星质222()MmGmrrT3224rGMT量大于地球质量,结合题图可知,则,木星的密度2=4GMbc木24 bMcG木,同理,则,地球的密度333=11MbVGR c木木木2=4GMad木24 aMdG木。木星与地球密度的比值为。故 AD 正确,BC 错误。33=MaVGR d地地地311bdac木地14如图所示,a、b、c是地球大气层外圈圆形轨道上运动的三颗卫星,a和b质量相等,且小于c的质量,则( )Ab所需向心力最小Bb、c的周期相同且大于a的周期Cb、c的向心加速度大小相等,且大于a的向心加速度Db、c的线速度大小相等,且小于a的线速度解析:选 ABD.因卫星运动的向心力是由它们所受的万有引力提供,由F向知b所受的引力最小,故 A 对由mr2mr得GMmr2GMmr2(2T)2 T2,即人造地球卫星运动的周期与其轨道半径三次方的平方根成正比,r3GM9所以b、c的周期相等且大于a的周期,B 对由ma,得a,即卫星的GMmr2GMr2向心加速度与轨道半径的平方成反比,所以b、c的向心加速度大小相等且小于a的向心加速度,C 错由,得v.即地球卫星的线速度与其轨GMmr2mv2rGMr道半径的平方根成反比,所以b、c的线速度大小相等且小于a的线速度,D对15暗物质是 21 世纪物理学之谜,对该问题的研究可能带来一场物理学的革命为了探测暗物质,我国在 2015 年 12 月 17 日成功发射了一颗被命名为“悟空”的暗物质探测卫星已知“悟空”在低于同步卫星的轨道上绕地球做匀速圆周运动,经过时间t(t小于其运动周期),运动的弧长为s,与地球中心连线扫过的角度为(弧度),引力常量为G,则下列说法中正确的是()A“悟空”的线速度小于第一宇宙速度B“悟空”的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度C“悟空”的环绕周期为2tD“悟空”的质量为s3Gt2答案:ABC解析:该卫星经过时间t(t小于其运行的周期),它运动的弧长为s,它与地球中心连线扫过的角度为(弧度),则它运行的线速度为v ,角速度为st ,根据vr得轨道半径为r,卫星在地球的同步轨道上绕tvs地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,则有Gm,得v,可Mmr2v2rGMr知卫星的轨道半径越大,速率越小,第一宇宙速度是近地卫星的最大环绕速度,故“悟空”在轨道上运行的速度小于地球的第一宇宙速度,故 A 正确;由Gma得:加速度a,则知“悟空”的向心加速度大于地球同步卫星的向Mmr2GMr210心加速度,故 B 正确“悟空”的环绕周期为T,故 C 正确;“悟2t2t空”绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,即Gm2r,Mmr2t联立解得:地球的质量为M,不能求出“悟空”的质量故 D 错误;故s3Gt2选 ABC二、计算题(本题共 4 小题,共 40 分.要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)16.(8 分)双星系统的运动实际上会受其他星体的影响而存在误差。 假设质量均为 m 的星体甲和乙构成理论上的双星系统,已知两星体之间的距离为L,引力常量为G。根据所学的知识计算得出双星系统的理论运行周期为T(T为未知量),通过测量可知双星系统的实际运行周期为,假设引起该误差的12TT 原因是受到甲、乙两星体连线中点处星体丙的影响。求:(1)双星的理论运行周期T。(2)星体丙的质量M。答案:(1) (2).322LGm34m解析:(1)根据万有引力定律,两星体之间的万有引力大小,设22mFGL两星体轨道半径分別是,两星体之间的万有引力提供两星体做匀速圆周运12rr、动的向心力,则有,21Fmr,两星体的角速度相同,可得,因此两星体绕连线的中点22Fmr12rr转动,由,解得.222()2mmLGmLT322LTGm(2)由于星体丙的存在,甲、乙两星体的向心力均由两个力的合力提供,即11,又,联立解得。2222()( )2mmmMGGmLLT12TT 34Mm17.(8 分)某物体在地面上受到的重力为 160 N,将它放置在卫星中,在卫星以 a= g 的加速度随火箭向上加速升空的过程中,物体与卫星中的支持物的相12互挤压的力为 90 N,卫星距地球表面有多远?(地球半径 R地=6.4103 km,g 表示重力加速度,g 取 10 m/s2)答案:1.92104 km解析:卫星在升空过程中可以认为是竖直向上做匀加速直线运动,设卫星离地面的距离为 h,这时受到地球的万有引力为 F=GMm(R地+ )2在地球表面 G=mgMmR2地在上升至离地面 h 时, FN-G=maMm(R地+ )2由式得=(R地+ )2R2地mgFN- ma则 h=R地(mgFN- ma- 1)将 mg=160 N,FN=90 N,a= g=5 m/s2,R地=6.4103 km,g=10 m/s2,12代入式得 h=1.92104 km。18(12 分)人造地球卫星P绕地球球心做匀速圆周运动,已知P卫星的质量为m,距地球球心的距离为r,地球的质量为M,引力恒量为G,求:(1)卫星P与地球间的万有引力的大小;(2)卫星P的运动周期;(3)现有另一地球卫星Q,Q绕地球运行的周期是卫星P绕地球运行周期的8 倍,且P、Q的运行轨迹位于同一平面内,如图所示,求卫星P、Q在绕地球运行过程中,两星间相距最近时的距离多大答案:(1)F(2)T(3)3rGMmr242r3GM12解析:(1)卫星P与地球间的万有引力F.GMmr2(2)根据Gmr得,卫星P的运动周期T.Mmr242T242r3GM(3)卫星Q的周期是卫星P周期的 8 倍,根据T知,卫星Q的轨42r3GM道半径是卫星P轨道半径的 4 倍,即r4r当P、Q、地球共线且P、Q位于地球同侧时最近,最近距离d4rr3r.19.(12 分)火星半径是地球半径的 ,火星质量大约是地球质量的 ,那么:1219(1)地球表面上质量为 50 kg 的宇航员在火星表面上受到的重力是多少?(2)若宇航员在地球表面能跳 1.5 m 高,那他在火星表面能跳多高?(在地球表面的重力加速度 g 取 10 m/s2)答案:(1)222.2 N(2)3.375 m解析:(1)在地球表面有 mg=G ,MmR2得 g=G ,MR2同理可知,在火星上有 g=G,MR2即 g= g= m/s2G(19M)(12R)24GM9R249409宇航员在火星上受到的重力G=mg=50 N=222.2 N。409(2)在地球表面宇航员跳起的高度 H= ,v202g在火星表面宇航员跳起的高度 h=,v202g综上可知,h= H= 1.5 m=3.375 m。gg10409
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1第七章第七章 万有引力与万有引力与与宇宙航行与宇宙航行章末检测试题章末检测试题(时间:90 分钟满分:100 分)一、选择题(17 为单项选择题,815 为多项选择题.每小题 4 分,共 60分)1.航天飞机在完成对轨道哈勃空间望远镜的维修任务后,在点从圆形轨道A进入椭圆轨道,为轨道上的一点,如图所示,关于航天飞机的运动,下列B说法中错误的是( )A.在轨道上经过点的速度小于经过点的速度ABB.在轨道上经过点的速度小于在轨道上经过点的速度AAC.在轨道上运动的周期小于在轨道运动的周期D.在轨道上经过点的加速度小于在轨道上经过点的加速度AA2北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统(CNSS),建成后的北斗卫星导航系统包括 5 颗同步卫星和 30 颗一般轨道卫星对于其中的 5 颗同步卫星,下列说法中正确的是()A它们运行的线速度一定大于第一宇宙速度B地球对它们的吸引力一定相同C一定位于赤道上空同一轨道上D它们运行的速度一定完全相同3.若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律,在已知月地距离约为地球半径 60 倍的情况下,需要验证( )A.地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的21/ 60B.月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的21/ 60C.自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的1/ 6D.苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的1/ 6024.为了探测引力波,“天琴计划”预计发射地球卫星,其轨道半径约为地P球半径的 16 倍;另一地球卫星的轨道半径约为地球半径的 4 倍。与的周QPQ期之比约为( )A.2:1B.4:1C.8:1D.16:15天文学家发现某恒星有一颗行星在圆形轨道上绕其运动,并测出了行星的轨道半径和运动周期,若知道比例系数G,由此可推算出( )A行星的质量 B行星的半径C恒星的质量D恒星的半径6.银河系的恒星大约有四分之一两两组成了双星系统.如图所示,某双星系统由质量不等的星体和构成,两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线1S2S上某一定点C做匀速圆周运动,由天文观察测得其运动周期为到C点的距离1,T S为到C点的距离为和的距离为r,且,已知引力常量为G,那么以12,r S21,r S2S12rr 下说法正确的是( )A.由于,所以星体的向心力大小小于的向心力大小12rr1S2SB.的质量大于的质量1S2SC.两星做圆周运动的线速度相等D.的质量为2S22124 r rGT7.设地球的半径为,质量为 m 的卫星在距地面高处做匀速圆周运动,0R03R地面的重力加速度为,则以下说法错误的是( ) gA.卫星的线速度为B.卫星的加速度为002g R04g3C.卫星的周期 D.卫星的角速度为0016Rg0018gR8.在浩瀚的宇宙中存在着形形色色的星体,其中双星系统、三星系统、四星系统等占有一定的比例。假设星体A、B、C、D之间的连线刚好构成一边长为的正方形,如图所示,它们围绕正方形的中心 O在同一平面内做稳定的匀速圆l周运动。已知四个星体的质量均为M,引力常量为G,则下列说法正确的是( )A.星体 A 做匀速圆周运动的轨道半径为22lB.星体 A 做匀速圆周运动的向心力大小为222GMlC.四个星体做匀速圆周运动的线速度相同D.星体 A 的运行周期为22(42)llGM9.由于地球自转的影响,地球表面的重力加速度会随纬度的变化而有所不同。已知地球表面两极处的重力加速度大小为,在赤道处的重力加速度大小0g为,地球自转的周期为,引力常量为。假设地球可视为质量均匀分布的gTG球体。下列说法正确的是( )A质量为的物体在地球北极受到的重力大小为mmgB质量为的物体在地球赤道上受到的万有引力大小为m0mgC地球的半径为202()4gg TD地球的密度为0203()gGTgg10.同步卫星到地心的距离为r,运行速度,加速度为,地球赤道上的物体1v1a随地球自转的向心加速度为,第一宇宙速度为,地球的半径为R。则( )2a2v4 A.B.C.D.12araR12aRar12vRvr2122vRvr11.2017 年 6 月 16 日,来自中国的“墨子号”量子卫星从太空发出两道红色的光射向青海德令哈站与千里外的云南丽江高美古站,首次实现了人类历史上第一次距离达“千公里级”的量子密钥分发.下列说法正确的是( )A.经典力学适用于“墨子号”绕地球运动的规律B.经典力学适用于光子的运动规律C.量子力学可以描述“墨子号”发出两道红光的运动规律D.量子力学的发现说明经典力学已经失去了应用价值12.某行星外围有一圈厚度为d的发光物质,其简化模型如图甲所示,R为该行星除发光带以外的半径。现不知发光带是该行星的组成部分还是环绕该行星的卫星群,某科学家做了精确地观测后发现:发光带绕行星中心的运行速度与到行星中心的距离r的关系如图乙所示(图中所标为已知量),则下列说法正确的0v是(引力常量为G)( )A.发光带是该行星的组成部分B.行星表面的重力加速度20vgR C.该行星的质量为20RvGD.该行星的平均密度为2034 ()RvG Rd13.地球和木星绕太阳运行的轨道可以看做是圆形的,它们各自的卫星轨道也可看做是圆形的。已知木星的公转轨道半径约是地球公转轨道半径的 5 倍,木星半径约是地球半径的 11 倍,木星质量大于地球质量。某同学根据地球和木星的不同卫星做圆周运动的半径r与周期T,作出如图所示图象。已知引力常量为C,地球的半径为R,下列说法正确的是( )5A.地球密度为33adR GB.木星密度为3335bR GcC.木星与地球密度的比值为35bdacD.木星与地球密度的比值为311bdac14如图所示,a、b、c是地球大气层外圈圆形轨道上运动的三颗卫星,a和b质量相等,且小于c的质量,则( )Ab所需向心力最小Bb、c的周期相同且大于a的周期Cb、c的向心加速度大小相等,且大于a的向心加速度Db、c的线速度大小相等,且小于a的线速度15暗物质是 21 世纪物理学之谜,对该问题的研究可能带来一场物理学的革命为了探测暗物质,我国在 2015 年 12 月 17 日成功发射了一颗被命名为“悟空”的暗物质探测卫星已知“悟空”在低于同步卫星的轨道上绕地球做匀速圆周运动,经过时间t(t小于其运动周期),运动的弧长为s,与地球中心连线扫过的角度为(弧度),引力常量为G,则下列说法中正确的是()A “悟空”的线速度小于第一宇宙速度B “悟空”的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度C “悟空”的环绕周期为2tD “悟空”的质量为s3Gt2二、计算题(本题共 4 小题,共 40 分.要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)16.(8 分)双星系统的运动实际上会受其他星体的影响而存在误差。 假设质量均为 m 的星体甲和乙构成理论上的双星系统,已知两星体之间的距离为6L,引力常量为G。根据所学的知识计算得出双星系统的理论运行周期为T(T为未知量),通过测量可知双星系统的实际运行周期为,假设引起该误差的12TT 原因是受到甲、乙两星体连线中点处星体丙的影响。求:(1)双星的理论运行周期T。(2)星体丙的质量M。17.(8 分)某物体在地面上受到的重力为 160 N,将它放置在卫星中,在卫星以 a= g 的加速度随火箭向上加速升空的过程中,物体与卫星中的支持物的相12互挤压的力为 90 N,卫星距地球表面有多远?(地球半径 R地=6.4103 km,g 表示重力加速度,g 取 10 m/s2)18 (12 分)人造地球卫星P绕地球球心做匀速圆周运动,已知P卫星的质量为m,距地球球心的距离为r,地球的质量为M,引力恒量为G,求:(1)卫星P与地球间的万有引力的大小;(2)卫星P的运动周期;(3)现有另一地球卫星Q,Q绕地球运行的周期是卫星P绕地球运行周期的78 倍,且P、Q的运行轨迹位于同一平面内,如图所示,求卫星P、Q在绕地球运行过程中,两星间相距最近时的距离多大19.(12 分)火星半径是地球半径的 ,火星质量大约是地球质量的 ,那么:1219(1)地球表面上质量为 50 kg 的宇航员在火星表面上受到的重力是多少?(2)若宇航员在地球表面能跳 1.5 m 高,那他在火星表面能跳多高?(在地球表面的重力加速度 g 取 10 m/s2)1第七章第七章 万有引力与万有引力与与宇宙航行与宇宙航行章末检测试题章末检测试题(时间:90 分钟满分:100 分)一、选择题(17 为单项选择题,815 为多项选择题.每小题 4 分,共 60分)1.航天飞机在完成对轨道哈勃空间望远镜的维修任务后,在点从圆形轨道A进入椭圆轨道,为轨道上的一点,如图所示,关于航天飞机的运动,下列B说法中错误的是( )A.在轨道上经过点的速度小于经过点的速度ABB.在轨道上经过点的速度小于在轨道上经过点的速度AAC.在轨道上运动的周期小于在轨道运动的周期D.在轨道上经过点的加速度小于在轨道上经过点的加速度AA答案:D解析:由,得,在航天飞机然运行的轨道上,线速度随着22vMmmGrrGMvr距地心的距离减小而增大,所以远地点的线速度比近地点的线速度小,故ABvvA 正确;航天飞机从圆形轨道变轨到椭圆轨道,需要减速,发生近心运动才能实现,因此,故 B 正确;由,得,可知航天飞机到IIIAAvv222MmmrGTr234 rTGM地心的距离越大,周期越大,因此,故 C 正确;航天飞机运动的加速度由万有IIITT引力提供,不管在轨道还是在轨道,在A点两者的受力是相等的,因此加速度相等,故 D 错误。2北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统(CNSS),建成后的北斗卫星导航系统包括 5 颗同步卫星和 30 颗一般轨道卫星对于其中的 5 颗同步卫星,下列说法中正确的是()2A它们运行的线速度一定大于第一宇宙速度B地球对它们的吸引力一定相同C一定位于赤道上空同一轨道上D它们运行的速度一定完全相同答案:C解析:第一宇宙速度是卫星做圆周运动的最大环绕速度,同步卫星的速度一定小于第一宇宙速度,故 A 错误由于 5 颗同步卫星的质量未知,无法比较地球对它们的吸引力大小,故 B 错误同步卫星的轨道一定在赤道上空同一轨道上,故 C 正确同步卫星的轨道半径相等,线速度大小相等,但是速度方向不同,故 D 错误3.若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律,在已知月地距离约为地球半径 60 倍的情况下,需要验证( )A.地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的21/ 60B.月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的21/ 60C.自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的1/ 6D.苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的1/ 60答案:B解析:若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律万有引力定律,则应满足即加速度与距离的平方2,MmGmarar成反比,由题中数据知,选项 B 正确,其余选项错误。4.为了探测引力波,“天琴计划”预计发射地球卫星,其轨道半径约为地P球半径的 16 倍;另一地球卫星的轨道半径约为地球半径的 4 倍。与的周QPQ期之比约为( )A.2:1B.4:1C.8:1D.16:1答案:C解析:设地球的半径为 R,由题意可知地球卫星 P 的轨道半径为,地球卫星 Q 的轨道半径为,由开普勒第三定律可得:3代入数据解得:,故 ABD 错误,C 正确。5天文学家发现某恒星有一颗行星在圆形轨道上绕其运动,并测出了行星的轨道半径和运动周期,若知道比例系数G,由此可推算出( )A行星的质量 B行星的半径C恒星的质量D恒星的半径解析:选 C.恒星对行星的引力为行星绕恒星运动提供向心力,即GmrMmr2,故M,恒星的质量M可求出,选项 C 正确,其他的几个物理量42T242r3GT2无法根据行星的轨道半径和运动周期求出,A、B、D 错误6.银河系的恒星大约有四分之一两两组成了双星系统.如图所示,某双星系统由质量不等的星体和构成,两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线1S2S上某一定点C做匀速圆周运动,由天文观察测得其运动周期为到C点的距离1,T S为到C点的距离为和的距离为r,且,已知引力常量为G,那么以12,r S21,r S2S12rr 下说法正确的是( )A.由于,所以星体的向心力大小小于的向心力大小12rr1S2SB.的质量大于的质量1S2SC.两星做圆周运动的线速度相等D.的质量为2S22124 r rGT答案:D解析:两星均靠彼此间的万有引力提供向心力,故两星向心力大122m mFGr4小相等,A 错误;根据双星的角速度相同,向心力大小相等得,解得221122mrmr,即轨道半径与其质量成反比,所以,即的质量小于的质1221mrmr12rr12mm1S2S量,B 错误;因为角速度相等,而轨道半径不同,所以线速度不等,C 错误;根据万有引力提供向心力得,解得,D 正确.2121122()m mGmrrT221224 r rmGT7.设地球的半径为,质量为 m 的卫星在距地面高处做匀速圆周运动,0R03R地面的重力加速度为,则以下说法错误的是( ) gA.卫星的线速度为B.卫星的加速度为002g R04gC.卫星的周期 D.卫星的角速度为0016Rg0018gR答案:B解析:A.由、两式得A 项正确。220044MmvGmRR020MmGmgR002g Rv B.由得B 选项错误.204vaR016ga C.由得C 项正确。02 4RTv0016RTgD.由得D 项正确。2T0018gR本题选择错误的,故选 B。8.在浩瀚的宇宙中存在着形形色色的星体,其中双星系统、三星系统、四星系统等占有一定的比例。假设星体A、B、C、D之间的连线刚好构成一边长为的正方形,如图所示,它们围绕正方形的中心 O在同一平面内做稳定的匀速圆l周运动。已知四个星体的质量均为M,引力常量为G,则下列说法正确的是( )5A.星体 A 做匀速圆周运动的轨道半径为22lB.星体 A 做匀速圆周运动的向心力大小为222GMlC.四个星体做匀速圆周运动的线速度相同D.星体 A 的运行周期为22(42)llGM答案:AD解析:由题图知,四个星体做匀速圆周运动的轨道半径为正方形对角线的一半,即,A 正确;由星体B、C、D的万有引力的合力提供星体A的向22rl心力,即,B 错误;由于线速度为2222=2cos45( 2 )MMFGGll合22(2 21)2GMl矢量,四个星体做匀速圆周运动的线速度大小相等,但方向不同,C 错误;由牛顿第二定律可得,,解得,222242(2 21)22GMMllT22(42)lTlGMD 正确。9.由于地球自转的影响,地球表面的重力加速度会随纬度的变化而有所不同。已知地球表面两极处的重力加速度大小为,在赤道处的重力加速度大小0g为,地球自转的周期为,引力常量为。假设地球可视为质量均匀分布的gTG球体。下列说法正确的是( )A质量为的物体在地球北极受到的重力大小为mmgB质量为的物体在地球赤道上受到的万有引力大小为m0mgC地球的半径为202()4gg TD地球的密度为0203()gGTgg答案:BCD6解析:因地球表面两极处的重力加速度大小为,则质量为m的物体在地0g球北极受到的重力大小为,选项 A 错误;因在地球的两极,则质0mg20MmGRmg量为m的物体在地球赤道上受到的万有引力大小为,选项 B 正确;20MmFGRmg在赤道上:;联立解得:,选项 C 正确;地球2224MmGmgmRRT220()4gg TR的密度为,联立解得:,选项 D 正确。343MR002)3(gGTgg10.同步卫星到地心的距离为r,运行速度,加速度为,地球赤道上的物体1v1a随地球自转的向心加速度为,第一宇宙速度为,地球的半径为R。则( )2a2v A.B.C.D.12araR12aRar12vRvr2122vRvr答案:AC解析:因为同步卫星的周期等于地球自转的周期,所以两者角速度相等,根据,得,故 A 正确,B 错误;根据万有引力提供向心力有,2ar12araR22MmvGmrr得,则,故 C 正确.D 错误。GMvr12vRvr11.2017 年 6 月 16 日,来自中国的“墨子号”量子卫星从太空发出两道红色的光射向青海德令哈站与千里外的云南丽江高美古站,首次实现了人类历史上第一次距离达“千公里级”的量子密钥分发.下列说法正确的是( )A.经典力学适用于“墨子号”绕地球运动的规律B.经典力学适用于光子的运动规律C.量子力学可以描述“墨子号”发出两道红光的运动规律D.量子力学的发现说明经典力学已经失去了应用价值答案:AC解析:经典力学适用于宏观、低速物体的运动,“墨子号”绕地球的运动属于宏观、低速的运动,而对于高速运动的光子,经典力学已经不再适用,故 A 正确,B 错误;量子力学可以描述光子的运动规律,而且量子力学和经典力学的适用7范围不同,各自在自己的范围内是有价值的,故 C 正确,D 错误.12.某行星外围有一圈厚度为d的发光物质,其简化模型如图甲所示,R为该行星除发光带以外的半径。现不知发光带是该行星的组成部分还是环绕该行星的卫星群,某科学家做了精确地观测后发现:发光带绕行星中心的运行速度与到行星中心的距离r的关系如图乙所示(图中所标为已知量),则下列说法正确的0v是(引力常量为G)( )A.发光带是该行星的组成部分B.行星表面的重力加速度20vgR C.该行星的质量为20RvGD.该行星的平均密度为2034 ()RvG Rd答案:BC解析:若发光带是环绕该行星的卫星群,则根据,可得22MmvGmrr,与题图乙相符,A 错误。发光带是卫星群,由可得21vGMr22MmvGmrr,当时,则有,C 正确,当时,则2v rMGrR0vv20v RMGrR20vmgmR 行星表面的重力加速度,B 正确.该行星的平均密度,D20vgR 20233443vMGRR错误。13.地球和木星绕太阳运行的轨道可以看做是圆形的,它们各自的卫星轨道也可看做是圆形的。已知木星的公转轨道半径约是地球公转轨道半径的 5 倍,木星半径约是地球半径的 11 倍,木星质量大于地球质量。某同学根据地球和木星的不同卫星做圆周运动的半径r与周期T,作出如图所示图象。已知引力常量为C,地球的半径为R,下列说法正确的是( )8A.地球密度为33adR GB.木星密度为3335bR GcC.木星与地球密度的比值为35bdacD.木星与地球密度的比值为311bdac答案:AD解析:卫星做圆周运动,整理得,又木星质222()MmGmrrT3224rGMT量大于地球质量,结合题图可知,则,木星的密度2=4GMbc木24 bMcG木,同理,则,地球的密度333=11MbVGR c木木木2=4GMad木24 aMdG木。木星与地球密度的比值为。故 AD 正确,BC 错误。33=MaVGR d地地地311bdac木地14如图所示,a、b、c是地球大气层外圈圆形轨道上运动的三颗卫星,a和b质量相等,且小于c的质量,则( )Ab所需向心力最小Bb、c的周期相同且大于a的周期Cb、c的向心加速度大小相等,且大于a的向心加速度Db、c的线速度大小相等,且小于a的线速度解析:选 ABD.因卫星运动的向心力是由它们所受的万有引力提供,由F向知b所受的引力最小,故 A 对由mr2mr得GMmr2GMmr2(2T)2 T2,即人造地球卫星运动的周期与其轨道半径三次方的平方根成正比,r3GM9所以b、c的周期相等且大于a的周期,B 对由ma,得a,即卫星的GMmr2GMr2向心加速度与轨道半径的平方成反比,所以b、c的向心加速度大小相等且小于a的向心加速度,C 错由,得v.即地球卫星的线速度与其轨GMmr2mv2rGMr道半径的平方根成反比,所以b、c的线速度大小相等且小于a的线速度,D对15暗物质是 21 世纪物理学之谜,对该问题的研究可能带来一场物理学的革命为了探测暗物质,我国在 2015 年 12 月 17 日成功发射了一颗被命名为“悟空”的暗物质探测卫星已知“悟空”在低于同步卫星的轨道上绕地球做匀速圆周运动,经过时间t(t小于其运动周期),运动的弧长为s,与地球中心连线扫过的角度为(弧度),引力常量为G,则下列说法中正确的是()A“悟空”的线速度小于第一宇宙速度B“悟空”的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度C“悟空”的环绕周期为2tD“悟空”的质量为s3Gt2答案:ABC解析:该卫星经过时间t(t小于其运行的周期),它运动的弧长为s,它与地球中心连线扫过的角度为(弧度),则它运行的线速度为v ,角速度为st ,根据vr得轨道半径为r,卫星在地球的同步轨道上绕tvs地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,则有Gm,得v,可Mmr2v2rGMr知卫星的轨道半径越大,速率越小,第一宇宙速度是近地卫星的最大环绕速度,故“悟空”在轨道上运行的速度小于地球的第一宇宙速度,故 A 正确;由Gma得:加速度a,则知“悟空”的向心加速度大于地球同步卫星的向Mmr2GMr210心加速度,故 B 正确“悟空”的环绕周期为T,故 C 正确;“悟2t2t空”绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,即Gm2r,Mmr2t联立解得:地球的质量为M,不能求出“悟空”的质量故 D 错误;故s3Gt2选 ABC二、计算题(本题共 4 小题,共 40 分.要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)16.(8 分)双星系统的运动实际上会受其他星体的影响而存在误差。 假设质量均为 m 的星体甲和乙构成理论上的双星系统,已知两星体之间的距离为L,引力常量为G。根据所学的知识计算得出双星系统的理论运行周期为T(T为未知量),通过测量可知双星系统的实际运行周期为,假设引起该误差的12TT 原因是受到甲、乙两星体连线中点处星体丙的影响。求:(1)双星的理论运行周期T。(2)星体丙的质量M。答案:(1) (2).322LGm34m解析:(1)根据万有引力定律,两星体之间的万有引力大小,设22mFGL两星体轨道半径分別是,两星体之间的万有引力提供两星体做匀速圆周运12rr、动的向心力,则有,21Fmr,两星体的角速度相同,可得,因此两星体绕连线的中点22Fmr12rr转动,由,解得.222()2mmLGmLT322LTGm(2)由于星体丙的存在,甲、乙两星体的向心力均由两个力的合力提供,即11,又,联立解得。2222()( )2mmmMGGmLLT12TT 34Mm17.(8 分)某物体在地面上受到的重力为 160 N,将它放置在卫星中,在卫星以 a= g 的加速度随火箭向上加速升空的过程中,物体与卫星中的支持物的相12互挤压的力为 90 N,卫星距地球表面有多远?(地球半径 R地=6.4103 km,g 表示重力加速度,g 取 10 m/s2)答案:1.92104 km解析:卫星在升空过程中可以认为是竖直向上做匀加速直线运动,设卫星离地面的距离为 h,这时受到地球的万有引力为 F=GMm(R地+ )2在地球表面 G=mgMmR2地在上升至离地面 h 时, FN-G=maMm(R地+ )2由式得=(R地+ )2R2地mgFN- ma则 h=R地(mgFN- ma- 1)将 mg=160 N,FN=90 N,a= g=5 m/s2,R地=6.4103 km,g=10 m/s2,12代入式得 h=1.92104 km。18(12 分)人造地球卫星P绕地球球心做匀速圆周运动,已知P卫星的质量为m,距地球球心的距离为r,地球的质量为M,引力恒量为G,求:(1)卫星P与地球间的万有引力的大小;(2)卫星P的运动周期;(3)现有另一地球卫星Q,Q绕地球运行的周期是卫星P绕地球运行周期的8 倍,且P、Q的运行轨迹位于同一平面内,如图所示,求卫星P、Q在绕地球运行过程中,两星间相距最近时的距离多大答案:(1)F(2)T(3)3rGMmr242r3GM12解析:(1)卫星P与地球间的万有引力F.GMmr2(2)根据Gmr得,卫星P的运动周期T.Mmr242T242r3GM(3)卫星Q的周期是卫星P周期的 8 倍,根据T知,卫星Q的轨42r3GM道半径是卫星P轨道半径的 4 倍,即r4r当P、Q、地球共线且P、Q位于地球同侧时最近,最近距离d4rr3r.19.(12 分)火星半径是地球半径的 ,火星质量大约是地球质量的 ,那么:1219(1)地球表面上质量为 50 kg 的宇航员在火星表面上受到的重力是多少?(2)若宇航员在地球表面能跳 1.5 m 高,那他在火星表面能跳多高?(在地球表面的重力加速度 g 取 10 m/s2)答案:(1)222.2 N(2)3.375 m解析:(1)在地球表面有 mg=G ,MmR2得 g=G ,MR2同理可知,在火星上有 g=G,MR2即 g= g= m/s2G(19M)(12R)24GM9R249409宇航员在火星上受到的重力G=mg=50 N=222.2 N。409(2)在地球表面宇航员跳起的高度 H= ,v202g在火星表面宇航员跳起的高度 h=,v202g综上可知,h= H= 1.5 m=3.375 m。gg10409
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