(word完整版)高考物理万有引力与航天专题经典例题

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万有引力与航天专题——经典例题

1.(2018·重庆月考)(多选)下列说法正确的是( )

A .关于公式r 3T 2=k 中的常量k ,它是一个与中心天体有关的常量

B .开普勒定律只适用于太阳系,对其他恒星系不适用

C .已知金星绕太阳公转的周期小于地球绕太阳公转的周期,则可判定金星到太阳的距离小于地球到太阳的距离

D .发现万有引力定律和测出引力常量的科学家分别是开普勒、伽利略

2.假如地球的自转角速度增大,关于物体所受的重力,下列说法错误的是( )

A .放在赤道上的物体所受的万有引力不变

B .放在两极上的物体的重力不变

C .放在赤道上的物体的重力减小

D .放在两极上的物体的重力增大

3.(2018·河南商丘二模)(多选)“雪龙号”南极考察船在由我国驶向南极的过程中,经过赤道时测得某物体的重力是G 1;在南极附近测得该物体的重力为G 2.已知地球自转的周期为T ,引力常量为G ,假设地球可视为质量分布均匀的球体,由此可知( )

A .地球的密度为3πG 1GT 2G 2-G 1

B .地球的密度为3πG 2GT 2G 2-G 1

C .当地球的自转周期为

G 2-G 1G 2

T 时,放在地球赤道地面上的物体不再对地面有压力 D .当地球的自转周期为 G 2-G 1G 1

T 时,放在地球赤道地面上的物体不再对地面有压力 4.(2018·吉林长春外国语学校模拟)(多选)宇宙飞船绕地心做半径为r 的匀速圆周运动,飞船舱内有一质量为m 的人站在可称体重的台秤上,用R 表示地球的半径,g 表示地球表面处的重力加速度,g 0表示宇宙飞船所在处的地球引力加速度,N 表示人对台秤的压力,则关于g 0、N ,下列式子正确的是( )

A .g 0=0

B .g 0=R 2

r

2g C .N =0 D .N =mg 5.(2018·福建厦门一模)据报道,2020年前我国将发射8颗海洋系列卫星,包括4颗海洋水色卫星,2颗海洋动力环境卫星和2颗海陆雷达卫星,以加强对黄岩岛、钓鱼岛及西沙群岛全部岛屿附近海域的监测.设海陆雷达卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径是海洋动力环境卫星的n 倍,下列说法正确的是( )

A .在相等的时间内,海陆雷达卫星到地心的连线扫过的面积与海洋动力环境卫星到地心的连线扫过的面积相等

B .在相等的时间内,海陆雷达卫星到地心的连线扫过的面积与海洋动力环境卫星到地心的连线扫过的面积之比为n :1

C .海陆雷达卫星与海洋动力环境卫星线速度之比为n :1

D .海陆雷达卫星与海洋动力环境卫星向心加速度之比为n 2:1

6.(2018·贵州遵义航天高级中学五模)(多选)若宇航员在月球表面附近自高h 处以初速度v 0水平抛出一个小球,测出小球的水平射程为L .已知月球半径为R ,万有引力常量为G .则下列说法正确的是( )

A .月球表面的重力加速度g 月=2hv 20L

2 B .月球的平均密度ρ=3hv 202πGL 2R

C .月球的第一宇宙速度v =v 0

L

2h D .月球的质量M 月=hR 2v 2

0GL

2 7.(2018·辽宁省实验中学质检)设地球是一质量分布均匀的球体,O

为地心.已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零.在下列四

个图中,能正确描述x 轴上各点的重力加速度g 的分布情况的是( )

8.(2018·四川资阳一诊)(多选)用m 表示地球的通信卫星(同步卫星)的质量,h 表示离地面的高度,用R 表示地球的半径,g 表示地球表面的重力加速度,ω表示地球自转的角速度,则通信卫星所受的地球对它的万有引力的大小为( )

A .G Mm R +h 2 B.mgR 2R +h 2

C .mω2(R +h )

D .m 3R 2gω4

9.(2018·云南一模)(多选)一球形行星对其周围物体的万有引力使物体产生的加速度用a 表示,物体到球形行星表面的距离用h 表示,a 随h 变化的图象如图所示,图中a 1、h 1、a 2、h 2及引力常量G 均为已知.根据以上数据可以计算出( )

A .该行星的半径

B .该行星的质量

C .该行星的自转周期

D .该行星的同步卫星离行星表面的高度

10.(2018·重庆一中摸底)(多选)宇宙飞船以周期T 绕地球做匀速圆周运动时,由

于地球遮挡阳光,会经历类似“日全食”的过程,如图所示.已知地球的半径为R ,

地球质量为M ,引力常量为G ,地球自转周期为T 0,太阳光可看成平行光,宇航员在

A 点测出的张角为α,则( )

A .飞船绕地球运动的线速度为2πR T sin α2

B .一天内飞船经历“日全食”的次数为T T 0

C .飞船每次在“日全食”过程所需的时间为αT 2π

D .飞船的周期为T =2πR sin α2R GM sin α2

11.(2018·福建质检)中国自行研制、具有完全自主知识产权的“神舟号”飞船,目前已经达到或优于国际第三代载人飞船技术,其发射过程简化如下:飞船在酒泉卫星发射中心发射,由长征运载火箭送入近地点为A 、远地点为B 的椭圆轨道上,A 点距离地面的高度为h 1,飞船飞行五周后进行变轨,进入预定圆轨道,如图所示,设飞船在预定圆轨道上飞行n 圈所用时间为t ,若已知地球表面重力加速度为g ,地球半径为R ,求:

(1)地球的平均密度;

(2)飞船经过椭圆轨道近地点A 时的加速度大小;

(3)椭圆轨道远地点B 距地面的高度.

12.(2018·河北张家口一中等联考)2016年1月5日上午,国防科工局正式发布国际天文学联合会批准的“嫦娥三号”探测器着陆点周边区域命名为“广寒宫”,附近三个撞击坑分别命名为“紫微”、“天市”、“太微”.此次成功命名,使以中国元素命名的月球地理实体达到22个.已知地球半径为R ,表面重力加速度为g ,

质量为m 的“嫦娥三号”卫星在地球上空的引力势能为E p =-mgR 2

r

(以无穷远处引力势能为零),r 表示物体到地心的距离.求:

(1)质量为m 的“嫦娥三号”卫星以速度v 在某一圆轨道上绕地球做匀速圆周运动,求此时卫星距地球地面高度h 1;

(2)可使“嫦娥三号”卫星上升,从离地高度h 1(此问可以认为h 1为已知量)的轨道上升到h 1+h 的轨道上做匀速圆周运动,卫星发动机至少要做的功W 为多少?

刷高考真题找规律:

1.(2017·新课标全国卷Ⅲ)2017年4月,我国成功发射的“天舟一号”货运飞船与“天宫二号”空间实验室完成了首次交会对接,对接形成的组合体仍沿“天宫二号”原来的轨道(可视为圆轨道)运行.与“天宫二号”单独运行时相比,组合体运行的( )

A .周期变大

B .速率变大

C .动能变大

D .向心加速度变大

2.(2017·新课标全国卷Ⅱ)(多选)如图,海王星绕太阳沿椭圆轨道运动,P 为近日点,

Q 为远日点,M 、N 为轨道短轴的两个端点,运行的周期为T 0.若只考虑海王星和太阳之

间的相互作用,则海王星在从P 经M 、Q 到N 的运动过程中( )

A .从P 到M 所用的时间等于T 0/4

B .从Q 到N 阶段,机械能逐渐变大

C .从P 到Q 阶段,速率逐渐变小

D .从M 到N 阶段,万有引力对它先做负功后做正功

3.(2016·新课标全国卷Ⅲ)关于行星运动的规律,下列说法符合史实的是( )

A .开普勒在牛顿定律的基础上,导出了行星运动的规律

B .开普勒在天文观测数据的基础上,总结出了行星运动的规律

C .开普勒总结出了行星运动的规律,找出了行星按照这些规律运动的原因

D .开普勒总结出了行星运动的规律,发现了万有引力定律

4.(2016·新课标全国卷Ⅰ)利用三颗位置适当的地球同步卫星,可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯.目前,地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍.假设地球的自转周期变小,若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的,则地球自转周期的最小值约为( )

A .1 h

B .4 h

C .8 h

D .16 h

刷仿真模拟明趋向

5.(2018·福建宁德一模)(多选)科学家预测在银河系里可能有一个“与地球相近似”的行星.这个行星存在孕育生命的可能性,若质量可视为均匀分布的球形“与地球相近似”的行星的密度为ρ,半径为R ,自转周期为T 0,引力常量为G ,则( )

A .该“与地球相近似”的行星的同步卫星的运行速率为2πR T 0

B .该“与地球相近似”的行星的同步卫星的轨道半径为ρGT 2

C .该“与地球相近似”的行星的两极表面重力加速度的大小为43

GρR π D .该“与地球相近似”的行星的卫星在星球表面附近做圆周运动的速度为2πR ρG

6.(2018·陕西西安高新一中一模)一些星球由于某种原因而发生收缩,假设该星球的直径缩小到原来的四分之一,若收缩时质量不变,则与收缩前相比( )

A .同一物体在星球表面受到的重力增大到原来的4倍

B .同一物体在星球表面受到的重力增大到原来的2倍

C .星球的第一宇宙速度增大到原来的4倍

D .星球的第一宇宙速度增大到原来的2倍

7.(2018·广东广州模拟)如图所示,人造卫星B 、A 在同一平面内绕地心O 做匀速圆周运

动.已知B 、A 连线与B 、O 连线间的夹角最大为θ,则B 、A 的运动周期之比等于( )

A .sin 3θ

B.1sin 3θ

C.sin 3θ

D.1sin 3θ 刷最新原创抓重点 8.(2018·吉林长春调研)2016年2月12日,美国科学家宣布探测到引力波,证实了爱因斯坦100年前的预测,弥补了爱因斯坦广义相对论中最后一块缺失的“拼图”.双星的运动是产生引力波的来源之一,假设宇宙中有一双星系统由a 、b 两颗星组成,这两颗星绕它们连线的某一点在有引力作用下做匀速圆周运动,测得a 星的周期为T ,a 、b 两颗星的距离为l ,a 、b 两颗星的轨道半径之差为Δr (a 星的轨道半径大于b 星的轨道半径),则

( )

A .b 星的周期l -Δr l +Δr T

B .a 星的线速度大小πl +Δr T

C .a 、b 两颗星的半径之比为l l -Δr

D .a 、b 两颗星的质量之比为l +Δr l -Δr

9.(2018·辽宁葫芦岛六校联考)某卫星在半径为r 的轨道1上做圆周运动,动能为E k ,变轨到轨道2上后,动能比在轨道1上减小了ΔE ,在轨道2上也做圆周运动,则轨道2的半径为( ) A.

E k E k -ΔE r B.E k ΔE

r C.ΔE E k -ΔE r D.E k -ΔE ΔE

r 刷易错易误找难点

易错点1: 理不清重力和万有引力的关系

10.(2018·甘肃张掖一诊)地球赤道上的重力加速度为g ,物体在赤道上随地球自转的向心加速度为a ,要使赤道上的物体“飘”起来,则地球的转速应变为原来的( )

A.g 2倍

B.g +a a 倍

C.g -a a 倍

D.g a

倍 易错点2: 不能熟练掌握人造地球卫星各参量间关系

11.(2018·湖北襄阳一测)如图所示,A 、B 是绕地球做圆周运动的两颗卫星,A 、B 两卫星与

地心的连线在相等时间内扫过的面积之比为k 1,则A 、B 两卫星的周期的比值为( )

A .k 23

B .k

C .k 2

D .k 3

刷综合大题提能力

12.(2018·吉林省实验中学一模)宇宙中存在由质量相等的四颗星组成的四星系统,这些系统一般离其他恒星较选,通常可忽略其他星体对它们的引力作用.四星系统通常有两种构成形式:一是三颗星绕一颗中心星运动(三绕一),二是四颗星稳定地分布在正方形的四个顶点上运动.若每颗星体的质量为m ,引力常量为G .

(1)分析说明三绕一应该具有怎样的空间结构模式.

(2)若相邻星球的最小距离为a ,求两种构成形式下天体运动的周期之比.

最新万有引力解题方法总结加例题

一.三个解题思路 1.思路一:万有引力等于向心力(适用于天体运动) __________=F向=ma向=___________=___________=____________ 2.思路二:万有引力等于重力(常用于近地面的物体) 忽略天体自转的影响,天体表面的物体重力等于万有引力 1.“黄金代换” 二.万有引力定律应用典例 1.第一宇宙速度的两种求法: 第一宇宙速度又叫环绕速度,它是在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度。它既是人造地球卫星的最小发射速度,也是人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度。 2.天体质量的两个计算方法 A.通过观察绕被测天体(中心天体)旋转的行星的运行周期T和轨道半径r, B.对于没有卫星的天体,已知天体半径R和天体表面重力加速度g,忽略天体自转影响可得 3.天体密度的计算: A.由天体的卫星绕天体做圆周运动,已知天体半径R和轨道半径r以及周期T 其中,卫星环绕天体表面运动时,r约等于R B.对于没有卫星的天体,已知天体表面重力加速度g,天体半径R

4.万有引力提供星体做圆周运动的向心力人造地球卫星的绕行速度,角速度,周期与半径的 关系 A. r v B. r ω C. r T 题型一开普勒定律的应用 1.已知一行星,它的轨道半径是地球绕太阳运动半径的3倍,求该行星围绕太阳一周所需要 的时间。 题型二对万有引力定律的理解 2.如图所示,在距一质量为M,半径为T,密度均匀的球体R远处有一质量为m的质点,此时M对m的万有引力为F,当从球M中挖去一个半径为R/2的小球时,剩下部分对m 的万有引力为F’,则F与F’的比值为多少? 题型三万有引力与重力 3.物体在距离地心4R(R是地球半径)处,由于地球的作用力而产生的加速度为g’,则g’/g 为 A.1 B.1/9 C.1/4 D.1/16 题型四万有引力与其他知识的综合应用 4.某星球的半径R'是地球半径R的1/2,该星球的质量m'是地球质量m的4倍.已知在地球表面以初速度v0竖直上抛的物体能到达的最大高度为H,问在该星球表面上以同样大小的初速 度竖直上抛的物体能到 某星球的半径R'是地球半径R的1/2,该星球的质量m'是地球质量m的4倍.已知在地球表面以初速度v0竖直上抛的物体能到达的最大高度为H,问在该星球表面上以同样大小的初速度 竖直上抛的物体能到达的最大高度H'多大?

万有引力与航天试题附答案

万有引力与航天单元测试题 一、选择题 1.关于日心说被人们接受的原因是( ) A.太阳总是从东面升起,从西面落下 B.若以地球为中心来研究的运动有很多无法解决的问题 C.若以太阳为中心许多问题都可以解决,对行星的描述也变得简单 D.地球是围绕太阳运转的 2.有关开普勒关于行星运动的描述,下列说法中正确的是( ) A.所有的行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上 B.所有的行星绕太阳运动的轨道都是圆,太阳处在圆心上 C.所有的行星轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等 D.不同的行星绕太阳运动的椭圆轨道是不同的 3.关于万有引力定律的适用范围,下列说法中正确的是( ) A.只适用于天体,不适用于地面物体 B.只适用于球形物体,不适用于其他形状的物体 C.只适用于质点,不适用于实际物体D.适用于自然界中任意两个物体之间 4.已知万有引力常量G,要计算地球的质量还需要知道某些数据,现在给出下列各组数据,可以计算出地球质量的是( ) A.地球公转的周期及半径B.月球绕地球运行的周期和运行的半径 C.人造卫星绕地球运行的周期和速率D.地球半径和同步卫星离地面的高度 5.人造地球卫星由于受大气阻力,轨道半径逐渐变小,则线速度和周期变化情况是( ) A.速度减小,周期增大,动能减小B.速度减小,周期减小,动能减小 C.速度增大,周期增大,动能增大D.速度增大,周期减小,动能增大 6.一个行星,其半径比地球的半径大2倍,质量是地球的25倍,则它表面的重力加速度是地球表面重力加速度的( ) A.6倍B.4倍C.25/9倍D.12倍 7.假如一个做圆周运动的人造卫星的轨道半径增大到原来的2倍仍做圆周运动,则( )

最新高考物理万有引力与航天解题技巧及经典题型及练习题(含答案)

最新高考物理万有引力与航天解题技巧及经典题型及练习题(含答案) 一、高中物理精讲专题测试万有引力与航天 1.如图所示,宇航员站在某质量分布均匀的星球表面一斜坡上P 点沿水平方向以初速度v 0抛出一个小球,测得小球经时间t 落到斜坡上另一点Q ,斜面的倾角为α,已知该星球半径为R ,万有引力常量为G ,求: (1)该星球表面的重力加速度; (2)该星球的质量。 【答案】(1)02tan v g t θ= (2)202tan v R Gt θ 【解析】 【分析】 平抛运动在水平方向上做匀速直线运动,在竖直方向上做自由落体运动,根据平抛运动的规律求出星球表面的重力加速度;根据万有引力等于重力求出星球的质量; 【详解】 (1)根据平抛运动知识可得 2 00 122gt y gt tan x v t v α=== 解得02v tan g t α = (2)根据万有引力等于重力,则有 2 GMm mg R = 解得2202v R tan gR M G Gt α == 2.宇宙中存在一些离其他恒星较远的三星系统,通常可忽略其他星体对它们的引力作用,三星质量也相同.现已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式:一种是三颗星位于同一直线上,两颗星围绕中央星做囿周运动,如图甲所示;另一种是三颗星位于等边三角形的三个顶点上,并沿外接于等边三角形的囿形轨道运行,如图乙所示.设这三个 星体的质量均为 m ,且两种系统中各星间的距离已在图甲、图乙中标出,引力常量为 G , 则: (1)直线三星系统中星体做囿周运动的周期为多少? (2)三角形三星系统中每颗星做囿周运动的角速度为多少?

【答案】(1)3 45L Gm 23 3Gm L 【解析】 【分析】 (1)两侧的星由另外两个星的万有引力的合力提供向心力,列式求解周期; (2)对于任意一个星体,由另外两个星体的万有引力的合力提供向心力,列式求解角速度; 【详解】 (1)对两侧的任一颗星,其它两个星对它的万有引力的合力等于向心力,则: 222 222()(2)Gm Gm m L L L T π+= 3 45L T Gm ∴=(2)三角形三星系统中星体受另外两个星体的引力作用,万有引力做向心力,对任一颗 星,满足:2 222cos30()cos30L Gm m L ω?=? 解得:3 3Gm L ω 3.一宇航员在某未知星球的表面上做平抛运动实验:在离地面h 高处让小球以某一初速度水平抛出,他测出小球落地点与抛出点的水平距离为x 和落地时间t ,又已知该星球的半径为R ,己知万有引力常量为G ,求: (1)小球抛出的初速度v o (2)该星球表面的重力加速度g (3)该星球的质量M (4)该星球的第一宇宙速度v (最后结果必须用题中己知物理量表示) 【答案】(1) v 0=x/t (2) g=2h/t 2 (3) 2hR 2/(Gt 2) (4) 2hR t 【解析】 (1)小球做平抛运动,在水平方向:x=vt , 解得从抛出到落地时间为:v 0=x/t (2)小球做平抛运动时在竖直方向上有:h= 12 gt 2 ,

物理必修2《万有引力》典型例题

【1】天体的质量与密度的估算 下列哪一组数据能够估算出地球的质量 A.月球绕地球运行的周期与月地之间的距离 B.地球表面的重力加速度与地球的半径 C.绕地球运行卫星的周期与线速度 D.地球表面卫星的周期与地球的密度 解析:人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动。月球也是地球的一颗卫星。 设地球的质量为M ,卫星的质量为m ,卫星的运行周期为T ,轨道半径为r 根据万有引力定律:r T 4m r Mm G 2 22π=……①得:23 2G T r 4M π=……②可见A 正确 而T r 2v π= ……由②③知C 正确 对地球表面的卫星,轨道半径等于地球的半径,r=R ……④ 由于3 R 4M 3 π= ρ ……⑤结合②④⑤得: G 3T 2π = ρ 可见D 错误 球表面的物体,其重力近似等于地球对物体的引力 由2 R Mm G mg =得:G g R M 2= 可见B 正确 【2】普通卫星的运动问题 我国自行研制发射的“风云一号”“风云二号”气象卫星的运行轨道是不同的。“风云一号”是极地圆形轨道卫星,其轨道平面与赤道平面垂直,周期为12 h ,“风云二号”是同步轨道卫星,其运行轨道就是赤道平面,周期为24 h 。问:哪颗卫星的向心加速度大?哪颗卫星的线速度大?若某天上午8点,“风云一号”正好通过赤道附近太平洋上一个小岛的上空,那么“风云一号”下次通过该岛上空的时间应该是多少? 解析:由开普勒第三定律T 2∝r 3知:“风云二号”卫星的轨道半径较大 又根据牛顿万有引力定律r v m ma r Mm G 2 2==得: 2r M G a =,可见“风云一号”卫星的向心加速度大, r GM v =,可见“风云一号”卫星的线速度大, “风云一号”下次通过该岛上空,地球正好自转一周,故需要时间24h ,即第二天上午8点钟。 【探讨评价】由万有引力定律得:2 M a G r =,v = ω= 2T π = 【3】同步卫星的运动 下列关于地球同步卫星的说法中正确的是: A 、为避免通讯卫星在轨道上相撞,应使它们运行在不同的轨道上 B 、通讯卫星定点在地球赤道上空某处,所有通讯卫星的周期都是24h C 、不同国家发射通讯卫星的地点不同,这些卫星的轨道不一定在同一平面上 D 、不同通讯卫星运行的线速度大小是相同的,加速度的大小也是相同的。

曲线运动万有引力与航天测试题带答案

第4章曲线运动万有引力与航天 一、选择题(本大题共15小题) 1.一个物体受到恒定的合力作用而做曲线运动,则下列说法正确的是 A.物体的速率可能不变 B.物体一定做匀变速曲线运动,且速率一定增大 C.物体可能做匀速圆周运动 D.物体受到的合力与速度的夹角一定越来越小,但总不可能为零 2.一物体在光滑的水平桌面上运动,在相互垂直的x方向和y方向上的分运动速度随时间变化的规律如图1所示.关于物体的运动,下列说法正确的是 图1 A.物体做曲线运动 B.物体做直线运动 C.物体运动的初速度大小是50 m/s D.物体运动的初速度大小是10 m/s 3.小船过河时,船头偏向上游与水流方向成α角,船相对静水的速度为v,其航线恰好垂直于河岸.现水流速度稍有增大,为保持航线不变,且准时到达对岸,下列措施中可行的是 A.增大α角,增大船速v B.减小α角,增大船速v C.减小α角,保持船速v不变 D.增大α角,保持船速v不变 4.(2011·上海市闸北调研)质量为2 kg的质点在x-y平面上做曲线运动,在x方向的速度图象和y方向的位移图象如图2所示,下列说法正确的是

图2 A .质点的初速度为5 m/s B .质点所受的合外力为3 N C .质点初速度的方向与合外力方向垂直 D .2 s 末质点速度大小为6 m/s 5.如图3所示,甲、乙、丙三个轮子依靠摩擦转动,相互之间不打滑,其半径分别为r 1、r 2、r 3.若甲轮的角速度为ω1,则丙轮的角速度为 图3 A.r 1ω1r 3 B.r 3ω1 r 1 C. r 3ω1r 2 D.r 1ω1 r 2 6.如图4所示,轻杆的一端有一个小球,另一端有光滑的固定轴O.现给球一初速度,使球和杆一起绕O 轴在竖直面内转动,不计空气阻力,用F 表示球到达最高点时杆对小球的作用力.则F 图4 A .一定是拉力 B .一定是推力 C .一定等于0 D .可能是拉力,可能是推力,也可能等于0

高考物理万有引力定律的应用的技巧及练习题及练习题(含答案)及解析

高考物理万有引力定律的应用的技巧及练习题及练习题(含答案)及解析 一、高中物理精讲专题测试万有引力定律的应用 1.一宇航员在某未知星球的表面上做平抛运动实验:在离地面h 高处让小球以某一初速度水平抛出,他测出小球落地点与抛出点的水平距离为x 和落地时间t ,又已知该星球的半径为R ,己知万有引力常量为G ,求: (1)小球抛出的初速度v o (2)该星球表面的重力加速度g (3)该星球的质量M (4)该星球的第一宇宙速度v (最后结果必须用题中己知物理量表示) 【答案】(1) v 0=x/t (2) g=2h/t 2 (3) 2hR 2/(Gt 2) (4) t 【解析】 (1)小球做平抛运动,在水平方向:x=vt , 解得从抛出到落地时间为:v 0=x/t (2)小球做平抛运动时在竖直方向上有:h=12 gt 2 , 解得该星球表面的重力加速度为:g=2h/t 2; (3)设地球的质量为M ,静止在地面上的物体质量为m , 由万有引力等于物体的重力得:mg=2 Mm G R 所以该星球的质量为:M=2 gR G = 2hR 2/(Gt 2); (4)设有一颗质量为m 的近地卫星绕地球作匀速圆周运动,速率为v , 由牛顿第二定律得: 2 2Mm v G m R R = 重力等于万有引力,即mg=2Mm G R , 解得该星球的第一宇宙速度为:v = = 2.一颗在赤道平面内飞行的人造地球卫星,其轨道半径为3R .已知R 为地球半径,地球表面处重力加速度为g. (1)求该卫星的运行周期. (2)若卫星在运动方向与地球自转方向相同,且卫星角速度大于地球自转的角速度ω0.某时刻该卫星出现在赤道上某建筑物的正上方,问:至少经过多长时间,它会再一次出现在该建筑物的正上方?

高中物理万有引力与航天练习题及答案及解析

高中物理万有引力与航天练习题及答案及解析 一、高中物理精讲专题测试万有引力与航天 1.天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星.双星系统在银河系中很普遍.利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量.已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动,周期均为T ,两颗恒星之间的距离为r ,试推算这个双星系统的总质量.(引力常量为G ) 【答案】 【解析】 设两颗恒星的质量分别为m 1、m 2,做圆周运动的半径分别为r 1、r 2,角速度分别为w 1,w 2.根据题意有 w 1=w 2 ① (1分) r 1+r 2=r ② (1分) 根据万有引力定律和牛顿定律,有 G ③ (3分) G ④ (3分) 联立以上各式解得 ⑤ (2分) 根据解速度与周期的关系知 ⑥ (2分) 联立③⑤⑥式解得 (3分) 本题考查天体运动中的双星问题,两星球间的相互作用力提供向心力,周期和角速度相同,由万有引力提供向心力列式求解 2.人类第一次登上月球时,宇航员在月球表面做了一个实验:将一片羽毛和一个铁锤从同一个高度由静止同时释放,二者几乎同时落地.若羽毛和铁锤是从高度为h 处下落,经时间t 落到月球表面.已知引力常量为G ,月球的半径为R . (1)求月球表面的自由落体加速度大小g 月; (2)若不考虑月球自转的影响,求月球的质量M 和月球的“第一宇宙速度”大小v . 【答案】(1)22h g t =月 (2)2 2 2hR M Gt =;2hR v = 【解析】

【分析】 (1)根据自由落体的位移时间规律可以直接求出月球表面的重力加速度; (2)根据月球表面重力和万有引力相等,利用求出的重力加速度和月球半径可以求出月球的质量M ; 飞行器近月飞行时,飞行器所受月球万有引力提供月球的向心力,从而求出“第一宇宙速度”大小. 【详解】 (1)月球表面附近的物体做自由落体运动 h =1 2 g 月t 2 月球表面的自由落体加速度大小 g 月=2 2h t (2)若不考虑月球自转的影响 G 2 Mm R =mg 月 月球的质量 2 2 2hR M Gt = 质量为m'的飞行器在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动m ′g 月=m ′2 v R 月球的“第一宇宙速度”大小 v 【点睛】 结合自由落体运动规律求月球表面的重力加速度,根据万有引力与重力相等和万有引力提供圆周运动向心力求解中心天体质量和近月飞行的速度v . 3.宇航员在某星球表面以初速度v 0竖直向上抛出一个物体,物体上升的最大高度为h .已知该星球的半径为R ,且物体只受该星球的引力作用.求: (1)该星球表面的重力加速度; (2)从这个星球上发射卫星的第一宇宙速度. 【答案】(1)202v h (2) v 【解析】 本题考查竖直上抛运动和星球第一宇宙速度的计算. (1) 设该星球表面的重力加速度为g ′,物体做竖直上抛运动,则2 02v g h =' 解得,该星球表面的重力加速度20 2v g h '= (2) 卫星贴近星球表面运行,则2 v mg m R '= 解得:星球上发射卫星的第一宇宙速度v v = =

万有引力公式,经典例题

万有引力定律及其应用 知识网络: 一、万有引力定律:(1687年) 2 2 1r m m G F = 适用于两个质点或均匀球体;r 为两质点或球心间的距离; G 为万有引力恒量(1798年由英国物理学家卡文迪许利用扭秤装置测出)2211 /10 67.6kg m N G ??=- 二、万有引力定律的应用 1.解题的相关知识: (1)在高考试题中,应用万有引力定律解题的知识常集中于两点:一是天体运动的向心力来源于天体之间 的万有引力,即222r v m r Mm G ==r T m 224πr m 2 ω=;二是地球对物体的万有引力近似等于物体的重力,即 G 2R mM =mg 从而得出GM =R 2 g 。 (2)圆周运动的有关公式:ω=T π 2,v=ωr 。 讨论: ①由222r v m r Mm G =可得:r GM v = r 越大,v 越小。 ②由r m r Mm G 2 2 ω=可得:3r GM =ω r 越大,ω越小。 ③由r T m r Mm G 2 22?? ? ??=π可得:GM r T 3 2π= r 越大,T 越大。 ④由向ma r Mm G =2可得:2r GM a =向 r 越大,a 向越小。 点评:需要说明的是,万有引力定律中两个物体的距离,对于相距很远因而可以看作质点的物体就是指两质点的距离;对于未特别说明的天体,都可认为是均匀球体,则指的是两个球心的距离。人造卫星及天体的运动都近似为匀速圆周运动。 2.常见题型 万有引力定律的应用主要涉及几个方面: 万有引力定律 天体运动 地球卫星

(1)测天体的质量及密度:(万有引力全部提供向心力) 由r T m r Mm G 2 22??? ??=π 得2 324GT r M π= 又ρπ?=3 3 4R M 得3 233R GT r πρ= 【例1】中子星是恒星演化过程的一种可能结果,它的密度很大。现有一中子星,观测到它的自转周期为 T = 30 1 s 。问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星的稳定,不致因自转而瓦解。计算时星体可视为均匀球体。(引力常数G =6.67?10 11 -m 3/kg.s 2) 解析:设想中子星赤道处一小块物质,只有当它受到的万有引力大于或等于它随星体所需的向心力时,中子星才不会瓦解。 设中子星的密度为ρ,质量为M ,半径为R ,自转角速度为ω,位于赤道处的小物块质量为m ,则有 R m R GMm 2 2ω= T πω2= ρπ33 4R M = 由以上各式得2 3GT πρ= ,代入数据解得:3 14/1027.1m kg ?=ρ。 点评:在应用万有引力定律解题时,经常需要像本题一样先假设某处存在一个物体再分析求解是应用万有引力定律解题惯用的一种方法。 (2)行星表面重力加速度、轨道重力加速度问题:(重力近似等于万有引力) 表面重力加速度:2 02R GM g mg R Mm G =∴= 轨道重力加速度:()()2 2h R GM g mg h R GMm h h += ∴=+ 【例2】一卫星绕某行星做匀速圆周运动,已知行星表面的重力加速度为g 0,行星的质量M 与卫星的质量m 之比M /m=81,行星的半径R 0与卫星的半径R 之比R 0/R =3.6,行星与卫星之间的距离r 与行星的半径R 0之比r /R 0=60。设卫星表面的重力加速度为g ,则在卫星表面有 mg r GMm =2 …… 经过计算得出:卫星表面的重力加速度为行星表面的重力加速度的1/3600。上述结果是否正确?若正确,列式证明;若有错误,求出正确结果。 解析:题中所列关于g 的表达式并不是卫星表面的重力加速度,而是卫星绕行星做匀速圆周运动的向心加速度。正确的解法是

第六章《万有引力与航天》测试题(含详细解答)

《万有引力与航天》测试题 一、选择题(每小题4分,全对得4分,部分对的得2分,有错的得0分,共48分。) 1.第一次通过实验比较准确的测出引力常量的科学家是( ) A . 牛顿 B . 伽利略 C .胡克 D . 卡文迪许 2.如图1所示a 、b 、c 是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星,下列说法正确的是( ) A .b 、c 的线速度大小相等,且大于a 的线速度; B .b 、c 的向心加速度大小相等,且大于a 的向心加速度; C .c 加速可追上同一轨道上的b ,b 减速可等候同一轨道上的c ; D .a 卫星由于某种原因,轨道半径变小,其线速度将变大 3.宇宙飞船为了要与“和平号“轨道空间站对接,应该:( ) A.在离地球较低的轨道上加速 B.在离地球较高的轨道上加速 C.在与空间站同一高度轨道上加速 D.不论什么轨道,只要加速就行 4、 发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火, 使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步圆轨道3,轨道1、2相切于Q 点,轨道2、3相切于P 点,如图2所示。则在卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法正确的是:( ) A .卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率。 B .卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度。 C .卫星在轨道1上经过Q 点时的速度大于它在轨道2 上经过Q 点时的速度。 D .卫星在轨道2上经过P 点时的加速度等于它在轨道3 b a c 地球 图1

上经过P 点时的加速度 5、 宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的空间站中会处于完全失重中,下列说法中正确的是 ( ) A.宇航员仍受重力的作用 B.宇航员受力平衡 C.宇航员受的重力正好充当向心力 D.宇航员不受任何作用力 6.某星球质量为地球质量的9倍,半径为地球半径的一半,在该星球表面从某一高度以10 m/s 的初 速度竖直向上抛出一物体,从抛出到落回原地需要的时间为(g 地=10 m/s 2 )( ) A .1s B . 91s C .18 1 s D . 36 1 s 7.假如地球自转速度增大,关于物体重力,下列说法正确的是( ) A 放在赤道地面上的万有引力不变 B 放在两极地面上的物体的重力不变 C 放在赤道地面上物体的重力减小 D 放在两极地面上的物体的重力增加 8、设想把质量为m 的物体放在地球的中心,地球的质量为M ,半径为R ,则物体与地球间的万有引力是( ) A.零 B.无穷大 C.2 GMm R D.无法确定 9.对于质量m 1和质量为m 2的两个物体间的万有引力的表达式12 2m m F G r ,下列说法正确的是 ( ) 和m 2所受引力总是大小相等的 B 当两物体间的距离r 趋于零时,万有引力无穷大 C.当有第三个物体m 3放入之间时,m 1和m 2间的万有引力将增大 D.所受的引力性质可能相同,也可能不同 10地球赤道上的重力加速度为g ,物体在赤道上随地球自转的向心加速度为a ,要使赤道上物 体“飘” 起来,则地球的转速应为原来转速的( )

高考物理万有引力定律的应用答题技巧及练习题(含答案)含解析

高考物理万有引力定律的应用答题技巧及练习题(含答案)含解析 一、高中物理精讲专题测试万有引力定律的应用 1.2018年是中国航天里程碑式的高速发展年,是属于中国航天的“超级2018”.例如,我国将进行北斗组网卫星的高密度发射,全年发射18颗北斗三号卫星,为“一带一路”沿线及周边国家提供服务.北斗三号卫星导航系统由静止轨道卫星(同步卫星)、中轨道卫星和倾斜同步卫星组成.图为其中一颗静止轨道卫星绕地球飞行的示意图.已知该卫星做匀速圆周运动的周期为T ,地球质量为M 、半径为R ,引力常量为G . (1)求静止轨道卫星的角速度ω; (2)求静止轨道卫星距离地面的高度h 1; (3)北斗系统中的倾斜同步卫星,其运转轨道面与地球赤道面有一定夹角,它的周期也是T ,距离地面的高度为h 2.视地球为质量分布均匀的正球体,请比较h 1和h 2的大小,并说出你的理由. 【答案】(1)2π=T ω;(2)2 3124GMT h R π (3)h 1= h 2 【解析】 【分析】 (1)根据角速度与周期的关系可以求出静止轨道的角速度; (2)根据万有引力提供向心力可以求出静止轨道到地面的高度; (3)根据万有引力提供向心力可以求出倾斜轨道到地面的高度; 【详解】 (1)根据角速度和周期之间的关系可知:静止轨道卫星的角速度2π=T ω (2)静止轨道卫星做圆周运动,由牛顿运动定律有:2 1 212π=()()()Mm G m R h R h T ++ 解得:2 312 =4π GMT h R

(3)如图所示,同步卫星的运转轨道面与地球赤道共面,倾斜同步轨道卫星的运转轨道面与地球赤道面有夹角,但是都绕地球做圆周运动,轨道的圆心均为地心.由于它的周期也是T ,根据牛顿运动定律,2 2 22 2=()()()Mm G m R h R h T π++ 解得:2 322 =4GMT h R π - 因此h 1= h 2. 故本题答案是:(1)2π=T ω;(2)2312=4GMT h R π - (3)h 1= h 2 【点睛】 对于围绕中心天体做圆周运动的卫星来说,都借助于万有引力提供向心力即可求出要求的物理量. 2.如图所示,假设某星球表面上有一倾角为θ=37°的固定斜面,一质量为m =2.0 kg 的小物块从斜面底端以速度9 m/s 沿斜面向上运动,小物块运动1.5 s 时速度恰好为零.已知小物块和斜面间的动摩擦因数为0.25,该星球半径为R =1.2×103km.试求:(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8) (1)该星球表面上的重力加速度g 的大小. (2)该星球的第一宇宙速度. 【答案】(1)g=7.5m/s 2 (2)3×103m/s 【解析】 【分析】 【详解】 (1)小物块沿斜面向上运动过程00v at =- 解得:26m/s a = 又有:sin cos mg mg ma θμθ+= 解得:2 7.5m/s g = (2)设星球的第一宇宙速度为v ,根据万有引力等于重力,重力提供向心力,则有: 2 mv mg R =

高考(2015-2019)物理真题分项B4版——专题(五)万有引力与航天(试题版)

专题五 万有引力与航天 1、(2019全国Ⅰ卷)在星球M上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上,把物体P轻放在弹簧上端,P 由静止向下运动,物体的加速度a与弹簧的压缩量x间的关系如图中实线所示。在另一星球N上用完全相同的弹簧,改用物体Q完成同样的过程,其a–x关系如图中虚线所示,假设两星球均为质量均匀分布的球体。已知星球M的半径是星球N的3倍,则() A.M与N的密度相等 B.Q的质量是P的3倍 C.Q下落过程中的最大动能是P的4倍 D.Q下落过程中弹簧的最大压缩量是P的4倍 2、(2019全国Ⅱ卷)2019年1月,我国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆,在探测器“奔向”月球的过程中,用h表示探测器与地球表面的距离,F表示它所受的地球引力,能够描述F随h变化关系的图像是() 3.(2019全国Ⅲ卷)金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动,它们的向心加速度大小分别为a金、a地、a火,它们沿轨道运行的速率分别为v金、v地、v火。已知它们的轨道半径R金a地>a火B.a火>a地>a金C.v地>v火>v金D.v火>v地>v金 4、(2019北京卷)2019年5月17日,我国成功发射第45颗北斗导航卫星,该卫星属于地球静止轨道卫星(同步卫星)。该卫星() A.入轨后可以位于北京正上方B.入轨后的速度大于第一宇宙速度 C.发射速度大于第二宇宙速度 D.若发射到近地圆轨道所需能量较少 5、(2019天津卷)2018年12月8日,肩负着亿万中华儿女探月飞天梦想的嫦娥四号探测器成功发射,“实现人类航天器首次在月球背面巡视探测,率先在月背刻上了中国足迹”。已知月球的质量为M、半径为R,探测器的质量为m,引力常量为G,嫦娥四号探测器围绕月球做半径为r的匀速圆周运动时,探测器的() A.周期为 23 4πr GM B.动能为 2 GMm R C.角速度为 3 Gm r D.向心加速度为 2 GM R 6、(2019 江苏卷)1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星,该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动.如图所示,设卫星在近地点、远地点的速度分别为v1、v2,近地点到地心的距离为r,地球质量为M,引力常量为G.则() A. r GM v v v= > 1 2 1 ,B. r GM v v v> > 1 2 1 , C. r GM v v v= < 1 2 1 , D. r GM v v v> > 1 2 1 , 7、(2018全国Ⅰ卷)2017年,人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们复原的过程,在两颗中子星合并前约100 s时,它们相距约400 km,绕二者连线上的某点每秒转动12圈,将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体,由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识,可以估算出这一时刻两颗中子星() A. 质量之积 B. 质量之和 C. 速率之和 D. 各自的自转角速度 1

万有引力定律典型例题解析

万有引力定律·典型例题解析 【例1】设地球的质量为M ,地球半径为R ,月球绕地球运转的轨道半径为r ,试证在地球引力的作用下: (1)g (2)(3)r 60R 地面上物体的重力加速度= ;月球绕地球运转的加速度=;已知=,利用前两问的结果求的值; GM R GM r g 22αα (4)已知r =3.8×108m ,月球绕地球运转的周期T =27.3d ,计算月球绕地球运转时的向心加速度a ; (5)已知地球表面重力加速度g =9.80m/s 2,利用第(4)问的计算结果, 求 的值.α g 解析: (1)略;(2)略; (3)2.77×10-4; (4)2.70×10-3m/s 2 (5)2.75×10-4 点拨:①利用万有引力等于重力的关系,即=.②利用万有引力等于向心力的关系,即=.③利用重力等于向心力 G Mm r mg G Mm r m 2 2α 的关系,即mg =ma .以上三个关系式中的a 是向心加速度,根据题目 的条件可以用、ω或来表示.v r r T 2224r 2 π 【例】月球质量是地球质量的 ,月球半径是地球半径的,在21811 38. 距月球表面14m 高处,有一质量m =60kg 的物体自由下落. (1)它落到月球表面需用多少时间? (2)它在月球上的“重力”和质量跟在地球上是否相同(已知地球表面重力

加速度g 地=9.8m/s 2)? 解析:(1)4s (2)588N 点拨:(1)物体在月球上的“重力”等于月球对物体的万有引力,设 mg G M m R mg G M m R 22月月月 地地地 =.同理,物体在地球上的“重力”等于地球对物体的 万有引力,设=. 以上两式相除得=,根据=可得物体落到月球表 面需用时间为==×=. 月月g 1.75m /s S gt t 4s 2 2 12 2214 175S g . (2)在月球上和地球上,物体的质量都是60kg .物体在月球上的“重力”和在地球上的重力分别为G 月=mg 月=60×1.75N =105N ,G 地=mg 地=60×9.8N =588N . 跟踪反馈 1.如图43-1所示,两球的半径分别为r 1和r 2,均小于r ,两球质量分布均匀,大小分别为m 1、m 2,则两球间的万有引力大小为: [ ] A .Gm 1m 2/r 2 B .Gm 1m 2/r 12 C .Gm 1m 2/(r 1+r 2)2 D .Gm 1m 2/(r 1+r 2+r)2

高考物理万有引力定律知识点总结-学生版

万有引力定律知识点总结 一.开普勒行星运动规律: 行星轨道视为圆处理 则3 2r K T =(K 只与中心天体质量M 有关) 二、万有引力定律 (1)内容:宇宙间的一切物体都是互相吸引的,两个物体间的引力大小,跟它们的质量的乘积成正比,跟它们的距离的平方成反比. (2)公式:F =G 2 21r m m ,其中2 211/1067.6kg m N G ??=-,叫做引力常量。 (3)适用条件:此公式适用于质点间的相互作用.当两物体间的距离远远大于物体本身的大小时,物体可视为质点.均匀的球体可视为质点,r 是两球心间的距离. 三.万有引力定律的应用 (1).万有引力=向心力 (一个天体绕另一个天体作圆周运动时,r=R+h ) G M m R h m ()+=2 V R h m R hm T R h 22 2 224()()()+=+=+ωπ 人造地球卫星(只讨论绕地球做匀速圆周运动的人造卫星r GM v = ,r 越大,v 越小;3 r GM = ω,r 越大,ω越小;GM r T 3 24π= ,r 越大,T 越大; 2 n GM a r = , r 越大,n a 越小。 (2)、用万有引力定律求中心星球的质量和密度 求质量:①天体表面任意放一物体重力近似等于万有引力:mg = G M m R 2 →2 gR M G = M ,半径为R ,环绕星球质量为m ,线速 度为v ,公转周期为T ,两星球相距r ,由万有引力定律有:2 222? ? ? ??==T mr r mv r GMm π,可得出中心天 体的质量:23 2 2 4GT r G r v M π== 求密度: 34/3M M V R ρπ== 地面物体的重力加速度:mg = G M m R 2 高空物体的重力加速度:mg ‘‘ = G 2 )(h R Mm + 黄金替换式: 即mg R Mm G =2 从而得出2 gR GM = (g 是表面的重力加速度) 四、三种宇宙速度

万有引力与航天典型例题(修改稿)

万有引力与航天--例题 考点一 天体质量和密度的计算 1.解决天体(卫星)运动问题的基本思路 (1)天体运动的向心力来源于天体之间的万有引力,即 G Mm r 2=ma n =m v 2r =m ω2 r =m 4π2r T 2 (2)在中心天体表面或附近运动时,万有引力近似等于重力,即G Mm R 2=mg (g 表示天体表面的 重力加速度). 2.天体质量和密度的计算 (1)利用天体表面的重力加速度g 和天体半径R . 由于G Mm R 2=mg ,故天体质量M =gR 2 G , 天体密度ρ=M V =M 43 πR 3=3g 4πGR . (2)通过观察卫星绕天体做匀速圆周运动的周期T 和轨道半径r . ①由万有引力等于向心力,即G Mm r 2=m 4π2T 2r ,得出中心天体质量M =4π2r 3 GT 2; ②若已知天体半径R ,则天体的平均密度 ρ=M V =M 43 πR 3=3πr 3 GT 2R 3 ; ③若天体的卫星在天体表面附近环绕天体运动,可认为其轨道半径r 等于天体半径R ,则天体 密度ρ=3π GT 2.可见,只要测出卫星环绕天体表面运动的周期T ,就可估算出中心天体的密度. 例1 1798年,英国物理学家卡文迪许测出万有引力常量G ,因此卡文迪许被人们称为能称出地球质量的人.若已知万有引力常量G ,地球表面处的重力加速度g ,地球半径R ,地球上一个昼夜的时间T 1(地球自转周期),一年的时间T 2(地球公转周期),地球中心到月球中心的距

离L 1,地球中心到太阳中心的距离L 2.你能计算出( ) A .地球的质量m 地=gR 2 G B .太阳的质量m 太=4π2L 32 GT 22 C .月球的质量m 月=4π2L 3 1 GT 21 D .可求月球、地球及太阳的密度 1.[天体质量的估算]“嫦娥一号”是我国首次发射的探月卫星,它在距月球表面高度为200 km 的圆形轨道上运行,运行周期为127分钟.已知引力常量G =6.67×10-11 N·m 2/kg 2,月球 的半径为1.74×103 km.利用以上数据估算月球的质量约为( ) A .8.1×1010 kg B .7.4×1013 kg C .5.4×1019 kg D .7.4×1022 kg 2.[天体密度的计算]“嫦娥三号”探测器已于20XX 年12月2日1时30分,在西昌卫星发射中心成功发射.“嫦娥三号”携带“玉免号”月球车首次实现月球软着陆和月面巡视勘察,并开展月表形貌与地质构造调查等科学探测.已知月球半径为R 0,月球表面处重力加速度为 g 0,地球和月球的半径之比为R R 0=4,表面重力加速度之比为g g 0 =6,则地球和月球的密度之比 ρ ρ0 为( ) A.23 B.3 2 C .4 D .6 估算天体质量和密度时应注意的问题 (1)利用万有引力提供天体做圆周运动的向心力估算天体质量时,估算的只是中心天体的质量,并非环绕天体的质量. (2)区别天体半径R 和卫星轨道半径r ,只有在天体表面附近的卫星才有r ≈R ;计算天体密度 时,V =4 3 πR 3中的R 只能是中心天体的半径. 考点二 卫星运行参量的比较与计算

(完整版)高中物理万有引力部分知识点总结

高中物理——万有引力与航天 知识点总结 一、开普勒行星运动定律 (1)所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点上。 (2)对于每一颗行星,太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积。 (3)所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。 二、万有引力定律 1.内容:宇宙间的一切物体都是互相吸引的,两个物体间的引力大小,跟它们的质量的乘积成正比,跟它们的距离的平方成反比. 2.公式:F=Gm1m2/r^2,其中G=6.67×10-11 N·m2/kg2,称为万有引力常量。 3.适用条件: 严格地说公式只适用于质点间的相互作用,当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时,公式也可近似使用,但

此时r应为两物体重心间的距离。对于均匀的球体,r是两球心间的距离。 三、万有引力定律的应用 1.解决天体(卫星)运动问题的基本思路 (1)把天体(或人造卫星)的运动看成是匀速圆周运动,其所需向心力由万有引力提供,关系式: F=Gm1m2/r^2=mv^2/r=mω2r=m(2π/T)2r (2)在地球表面或地面附近的物体所受的重力等于地球对物体的万有引力,即mg=Gm1m2/r^2,gR2=GM. 2.天体质量和密度的估算 通过观察卫星绕天体做匀速圆周运动的周期T,轨道半径r,由万有引力等于向心力,即G r2(Mm)=m T2(4π2)r,得出天体质量M=GT2(4π2r3). (1)若已知天体的半径R,则天体的密度 ρ=V(M)=πR3(4)=GT2R3(3πr3) (2)若天体的卫星环绕天体表面运动,其轨道半径r等于天体半径R,则天体密度ρ=GT2(3π) 可见,只要测出卫星环绕天体表面运动的周期,就可求得天体的密度. 3.人造卫星 (1)研究人造卫星的基本方法

高考物理万有引力与航天基础练习题

高考物理万有引力与航天基础练习题 一、高中物理精讲专题测试万有引力与航天 1.如图所示,返回式月球软着陆器在完成了对月球表面的考察任务后,由月球表面回到绕月球做圆周运动的轨道舱.已知月球表面的重力加速度为g ,月球的半径为R ,轨道舱到月球中心的距离为r ,引力常量为G ,不考虑月球的自转.求: (1)月球的质量M ; (2)轨道舱绕月飞行的周期T . 【答案】(1)G gR M 2 = (2)2r r T R g π=【解析】 【分析】 月球表面上质量为m 1的物体,根据万有引力等于重力可得月球的质量;轨道舱绕月球做圆周运动,由万有引力等于向心力可得轨道舱绕月飞行的周期; 【详解】 解:(1)设月球表面上质量为m 1的物体,其在月球表面有:11 2Mm G m g R = 1 12 Mm G m g R = 月球质量:G gR M 2 = (2)轨道舱绕月球做圆周运动,设轨道舱的质量为m 由牛顿运动定律得: 2 2Mm 2πG m r r T ??= ??? 222()Mm G m r r T π= 解得:2r r T R g π= 2.如图所示,宇航员站在某质量分布均匀的星球表面一斜坡上P 点沿水平方向以初速度v 0抛出一个小球,测得小球经时间t 落到斜坡上另一点Q ,斜面的倾角为α,已知该星球半径为R ,万有引力常量为G ,求:

(1)该星球表面的重力加速度; (2)该星球的质量。 【答案】(1)02tan v g t θ= (2)202tan v R Gt θ 【解析】 【分析】 平抛运动在水平方向上做匀速直线运动,在竖直方向上做自由落体运动,根据平抛运动的规律求出星球表面的重力加速度;根据万有引力等于重力求出星球的质量; 【详解】 (1)根据平抛运动知识可得 2 00 122gt y gt tan x v t v α=== 解得02v tan g t α = (2)根据万有引力等于重力,则有 2 GMm mg R = 解得2202v R tan gR M G Gt α == 3.a 、b 两颗卫星均在赤道正上方绕地球做匀速圆周运动,a 为近地卫星,b 卫星离地面高度为3R ,己知地球半径为R ,表面的重力加速度为g ,试求: (1)a 、b 两颗卫星周期分别是多少? (2) a 、b 两颗卫星速度之比是多少? (3)若某吋刻两卫星正好同时通过赤道同--点的正上方,则至少经过多长时间两卫星相距最远? 【答案】(1)2R g ,16R g (2)速度之比为2 87R g π 【解析】 【分析】根据近地卫星重力等于万有引力求得地球质量,然后根据万有引力做向心力求得运动周期;卫星做匀速圆周运动,根据万有引力做向心力求得两颗卫星速度之比;由根据相距最远时相差半个圆周求解; 解:(1)卫星做匀速圆周运动,F F =引向, 对地面上的物体由黄金代换式2Mm G mg R =

最新万有引力定律 经典例题

1.天体运动的分析方法 2.中心天体质量和密度的估算 (1)已知天体表面的重力加速度g和天体半径R G Mm R2=mg? ? ? ?天体质量:M=gR2G 天体密度:ρ= 3g 4πGR (2)已知卫星绕天体做圆周运动的周期T和轨道半径r ?? ? ??①G Mm r2=m 4π2 T2r?M= 4π2r3 GT2 ②ρ= M 4 3 πR3 = 3πr3 GT2R3 ③卫星在天体表面附近飞行时,r=R,则ρ= 3π GT2 1.火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行,根据开普勒行星运动定律可知() A.太阳位于木星运行轨道的中心 B.火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等 C.火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方 D.相同时间内,火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积 解析:由开普勒第一定律(轨道定律)可知,太阳位于木星运行轨道的一个焦点上,A 错误;火星和木星绕太阳运行的轨道不同,运行速度的大小不可能始终相等,B错误;根据开普勒第三定律(周期定律)知所有行星轨道的半长轴的三次方与它的公转周期的平方的比值是一个常数,C正确;对于某一个行星来说,其与太阳连线在相同的时间内扫过的面积相等,不同行星在相同的时间内扫过的面积不相等,D错误. 答案:C 2.(2016·郑州二检)据报道,目前我国正在研制“萤火二号”火星探测器.探测器升空

后,先在近地轨道上以线速度v 环绕地球飞行,再调整速度进入地火转移轨道,最后再一次调整速度以线速度v ′在火星表面附近环绕飞行.若认为地球和火星都是质量分布均匀的球体,已知火星与地球的半径之比为1∶2,密度之比为5∶7,设火星与地球表面重力加速度分别为g ′和g ,下列结论正确的是( ) A .g ′∶g =4∶1 B .g ′∶g =10∶7 C .v ′∶v = 528 D .v ′∶v = 514 解析:在天体表面附近,重力与万有引力近似相等,由G Mm R 2=mg ,M =ρ43 πR 3 ,解两式得g =4 3G πρR ,所以g ′∶g =5∶14,A 、B 项错;探测器在天体表面飞行时,万有引力 充当向心力,由G Mm R 2=m v 2R ,M =ρ4 3πR 3,解两式得v =2R G πρ 3 ,所以v ′∶v =528 ,C 项正确,D 项错. 答案:C 3.嫦娥三号”探月卫星于2013年12月2日1点30分在西昌卫星发射中心发射,将实现“落月”的新阶段.若已知引力常量G ,月球绕地球做圆周运动的半径r 1、周期T 1,“嫦娥三号”探月卫星绕月球做圆周运动的环月轨道(见图)半径r 2、周期T 2,不计其他天体的影响,则根据题目条件可以( ) A .求出“嫦娥三号”探月卫星的质量 B .求出地球与月球之间的万有引力 C .求出地球的密度 D.r 13T 12=r 23T 2 2 解析:绕地球转动的月球受力为GMM ′r 12=M ′r 14π2 T 1 2得T 1= 4π2r 13 GM =4π2r 13 Gρ43πr 3.由于不知道地球半径r ,无法求出地球密度,C 错误;对“嫦娥三号”而言,GM ′m r 22 =mr 24π2 T 2 2,T 2=4π2r 23 GM ′ ,已知“嫦娥三号”的周期和半径,可求出月球质量M ′,但是所

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