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1、万有引力与航天习题一、选择题1、下述实验中，可在运行的太空舱里进行的是 A用弹簧秤测物体受的重力 B用天平测物体质量北abcC用测力计测力 D用温度计测舱内温度2如下列图的三个人造地球卫星，那么说法正确的选项是 卫星可能的轨道为a、b、c 卫星可能的轨道为a、c同步卫星可能的轨道为a、c 同步卫星可能的轨道为aA是对的 B是对的C是对的 D是对的.同步卫星离地心距离为r，运行速率为v1，加速度为a1，地球赤道上物体随地球自转的向心加速度为a2,第一宇宙速度为v2,地球半径为R，那么A. a1/a2=r/R B. a1/a2=R2/r2C. v1/v2=R2/r2 D. v1/v24关于重力和万
2、有引力的关系，以下认识正确的选项是A地面附近物体所受到重力就是万有引力B重力是由于地面附近的物体受到地球吸引而产生的C在不太精确的计算中，可以认为其重力等于万有引力D严格说来重力并不等于万有引力，除两极处物体的重力等于万有引力外，在地球其他各处的重力都略小于万有引力6。2003年8月29日，火星、地球和太阳处于三点一线，上演“火星冲日的天象奇观；这是6万年来火星距地球最近的一次，与地球之间的距离只有5576万公里，为人类研究火星提供了最正确时机。如图为美国宇航局最新公布的“火星冲日虚拟图A、2003年8月29日，火星的线速度大于地球的线速度；B、2003年8月29日，火星的线速度等于地球的线速
3、度；C、2004年8月29日，火星又回到了该位置；D、2004年8月29日，火星还没有回到了该位置。7某天体的质量约为地球的9倍，半径约为地球的一半，假设从地球上高h处平抛一物体，射程为L，那么在该天体上，从同样高处以同样速度平抛同一物体，其射程为：AL/6 BL/4 C3L/2 D6L8、一艘宇宙飞船在一个不知名的行星外表上空作圆形轨道运行，要测定行星的密度，只需要 A测定飞船的环绕半径 B. 测定行星的质量P123QC. 测定飞船的环绕速度与半径 D. 测定飞船环绕的周期将卫星发射至近地圆轨道1如下列图，然后再次点火，将卫星送入同步轨道3。轨道1、2相切于Q点，2、3相切于P点，那么当卫星
4、分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的选项是：A卫星在轨道3上的速率大于轨道1上的速率。B卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度。C卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度。D卫星在轨道2上经过P点的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度二、填空题10火星的质量是地球质量的，火星半径是地球半径的，地球的第一宇宙速度是7.9km/s，那么火星的第一宇宙速度为_。11地球的半径为，地面上重力加速度为，万有引力常量为，如果不考虑地球自转的影响，那么地球的平均密度的表达式为_三、计算题12神舟五号载人飞船在绕地球飞行的第5圈进行变轨，由原来的椭圆轨道变为距地
5、面高度h=342km的圆形轨道。地球半径R×103 km，地面处的重力加速度g=10 m/s2。试导出飞船在上述圆轨道上运行的周期T的公式用h、R、g表示，然后计算周期的数值保存一位有效数字。13、宇航员站在一星球外表上的某高处，沿水平方向抛出一个小球。经过时间T，小球落到星球外表，测得抛出点与落地点之间的距离为L。假设抛出时的初速度增大到2倍，那么抛出点与落地点之间的距离为L。两落地点在同一水平面上，该行星的半径为R，万有引力常量为G，求该星球的质量M。提示：设小球质量为m，该星球外表重力加速度为g，那么1.一个登月的宇航员，能否用一个弹簧秤和一个质量为m的砝码，估计测出月球的质量
6、和密度?如果能，说明估测方法并写出表达式设月球半径为R。设弹簧秤示数为F.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=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=10m)21.1957年10月4日,前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星以来,人类活动范围从陆地、海洋、大气层扩展到宇宙空间,宇宙空间成为人类的第四疆域,人类开展空间技术的最终目的是开发太空资源.(1)宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的航天飞机中,会处于完全失重的状态,以下说法正确的选项是( )A. 宇航员仍受重力作用 B. 宇
7、航员受力平衡C.重力正好为向心力 D. 宇航员不受任何力的作用(2)宇宙飞船要与空间站对接,飞船为了追上空间站( )C. 只能从空间站同一高度上加速 D.无论在什么轨道上,只要加速都行(3).空间站周期约为T,地面重力加速度约为g,由此计算国际空间站离地面的高度?.物体从地球上的逃逸速度第二宇宙速度v2=，其中G、m、R分别是引力常量、地球的质量和半径。G×10-11N·m2/kg2，c×108 m/s。求以下问题：1逃逸速度大于真空中光速的天体叫作黑洞，设某黑洞的质量等于太阳的质量m×1030 kg，求它的可能最大半径；2在目前天文观测范围内，物质的平
8、均密度为10-27 kg/m3，如果认为我们的宇宙是这样一个均匀大球体，其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度c，因此任何物体都不能脱离宇宙，问宇宙的半径至少多大？×102 m/s2,赤道上重力加速度g取10m/s2试问：1质量为m kg的物体在赤道上所受的引力为多少？2要使在赤道上的物体由于地球的自转而完全失重，地球自转的角速度应加快到实际角速度的多少倍？一个质量分布均匀的球体，半径为2r，在其内部挖去一个半径为r的球形空穴，其外表与球面相切，如下列图。挖去小球的质量为m，在球心和空穴中心连线上，距球心d6r处有一质量为m2的质点，求剩余局部对m2的万有引力。 2003年10月
9、15日，我国成功发射航天飞船“神舟号，绕地球飞行14圈平安返回地面，这一科技成就预示我国航天技术取得最新突破。据报道飞船质量约为10t，绕地球一周的时间约为90min。地球的质量M6×1024×1011N·m2·kg-2。设飞船绕地球做匀速圆周运动，由以上提供的信息，解答以下问题：1“神舟号离地面的高度为多少km?2“神舟号绕地球飞行的速度是多大？3载人舱在将要着陆之前，由于空气阻力作用有一段匀速下落过程，假设空气阻力与速度平方成正比，比例系数为k，载人舱的质量为m，那么此匀速下落过程中载人舱的速度多大？第六章 万有引力与航天 单元检测 答案与详解一12
10、3456789C DBBCDDDACDA C10、解：利用公式：，得到：在两星球外表的加速度之比再利用mg=mv2/r 得11.解：得：M=gR2/G 再利用=M/V最终得 12.设地球质量为M，飞船质量为m，速度为v，圆轨道的半径为r，由万有引力和牛顿第二定律，由条件：r=R+h 代入数值，得 :T=5×103 s13由几何关系：h2+x2=l2 h2+(2x)2=(l)2 h=gT2/2 得再根据 得1 .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，质量为M ，半径为R，自转角速度为，位于赤道处的小块物质
11、量为m，那么有 , 由以上各式得代入数据解得(1)A、C；宇航员仍受重力作用，此力提供宇航员做圆周运动的向心力。2A,当卫星在其轨道上加速时，F引小于向心力，故要做离心运动，从而使半径增大。3万有引力提供向心力有：GMmr2=mr42T2 其中rR+h由上述三式可求得.1由题目所提供的信息可知，任何天体均存在其所对应的逃逸速度v2=，其中m、R为天体的质量和半径。对于黑洞模型来说，其逃逸速度大于真空中的光速 ，即v2c，R×103×1030×103 m.2把宇宙视为普通天体，那么其质量m=·V=·R3-其中R 为宇宙的半径，为宇宙的密度，那么宇
12、宙的逃逸速度为v2=-由于宇宙密度使得其逃逸速度大于光速c，即v2c-那么由以上三式可得R×1026×1010×1010解析：1物体所受地球的万有引力产生了两个效果：一是使物体竖直向下运动的重力，一是提供物体随地球自转所需的向心力，并且在赤道上这三个力的方向都相同，有F引mg+F向×10-2)=9.804m(N)2设地球自转角速度为，半径为R，那么有aR，欲使物体完全失重，即万有引力完全提供了物体随地球自转所需的向心力，即mRF引9.804m，解以上两式得.解析 将挖去的小球填入空穴中，由可知，大球的质量为8m，大球对m2的引力为被挖去的小球对m2的引力为m2所受剩余局部的引力为解析：1由牛顿第二定律知：得离地高度2绕行速度3由平衡条件知：kv2=mg，那么速度