《万有引力经典题型(含解析)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《万有引力经典题型(含解析)（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 万有引力题型归纳5 . 万有引力定律（ 1）万有引力定律：宇宙间的一切物体都是互相吸引的 . 两个物体间的引力的大小，跟它们的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比 . 公式 :（ 2） 应用万有引力定律分析天体的运动基本方法 : 把天体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 . 即 F 引=F 向 得：应用时可根据实际情况选用适当的公式进行分析或计算 . 天体质量 M、 密度 的估算 : （ 3）三种宇宙速度第一宇宙速度 :v 1 =7.9km/s ，它是卫星的最小发射速度，也是地球卫星的最大环绕速度 . 第二宇宙速度（脱离速度） :v 2 =11.2km/s ，使物
2、体挣脱地球引力束缚的最小发射速度 . 第三宇宙速度（逃逸速度） :v 3 =16.7km/s ，使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度 . （ 4）地球同步卫星所谓地球同步卫星， 是相对于地面静止的， 这种卫星位于赤道上方某一高度的稳定轨道上，且 绕 地 球 运 动 的 周 期 等 于 地 球 的 自 转 周 期 ， 即 T=24h=86400s ， 离 地 面 高度 同步卫星的轨道一定在赤道平面内，并且只有一条 . 所有同步卫星都在这条轨道上，以大小相同的线速度，角速度和周期运行着 . （ 5）卫星的超重和失重“超重”是卫星进入轨道的加速上升过程和回收时的减速下降过程，此情景与“升降机”中物体
3、超重相同 . “失重”是卫星进入轨道后正常运转时，卫星上的物体完全“失重”（因为重力提供向心力） ， 此时， 在卫星上的仪器， 凡是制造原理与重力有关的均不能正常使用 .1 如图所示， a 、 b、 c 是在地球大气层外圆形轨道上运行的 3 颗人造卫星，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 向心加速度相等，且大于 a 的向心加速度C c 加速可以追上同一轨道上的 b， b 减速可以等候同一轨道图 4 3 1 2 上的 cD a 卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将变大一：黄金代换例 1、 火星的质量和半径分别约为地球的101 和21
4、 ， 地球表面的重力加速度为 g， 则火星表面的重力加速度约为 ( B ) A.0.2g B.0.4g C.2.5g D.5g二：天体质量，密度例 2、 登月飞行器关闭发动机后在离月球表面 112 km 的空中沿圆形轨道绕月球飞行，周期是 120.5 min. 已知月球半径是 1 740 km，根据这些数据计算月球的平均密度 .(G 6.67 10 11 N?m2/kg2)例 3、 2009?全国 )天文学家新发现了太阳系外的一颗行星 .这颗行星的体积是地球的 4.7 倍，质量是地球的 25 倍 .已知某一近地卫星绕地球运动的周期约为 1.4 小时，引力常量 G6.67 10 11 N ?m2
5、/kg 2，由此估算该行星的平均密度约为 ( D ) A.1.8 103 kg/m 3 B.5.6 103 kg/m 3 C.1.1 104 kg/m 3 D.2.9 104 kg/m 3三：卫星问题例 4、 我国发射的 “ 神舟 ” 五号载人宇宙飞船的周期约为 90 min，如果把它绕地球的运动看做是匀速圆周运动， 飞船的运动和人造地球同步卫星的运动相比， 假设它们质量相等， 下列判断正确的是 ( ) A. 飞船受到的向心力大于同步卫星受到的向心力B.飞船的动能小于同步卫星的动能C.飞船的轨道半径大于同步卫星的轨道半径D.发射飞船过程需要的能量小于发射同步卫星过程需要的能量例 5、 同步卫星
6、距地心间距为 r，运行速率为 v1，加速度为 a1.地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为 a2，地球半径为 R.第一宇宙速度为 v2，则下列比值正确的是 ( ) A. Rraa21 B. 221 )(Rraa C.rRvv21 D. Rrvv21例 6、 右图是 “ 嫦娥一号奔月 ” 示意图，卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨，进入地月转移轨道，最终被月球引力捕获，成为绕月卫星，并开展对月球的探测，下列说法正确的是 ( ) A. 发射 “ 嫦娥一号 ” 的速度必须达到第三宇宙速度B.在绕月圆轨道上，卫星周期与卫星质量有关C.卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比D.在绕月圆轨道上
7、，卫星受地球的引力大于受月球的引力例 7、 某人造卫星绕地球做匀速圆周运动，设地球半径为 R，地面重力加速度为 g，下列说（ ）A人造卫星的最小周期为 2 gR/B卫星在距地面高度 R 处的绕行速度为 2/RgC卫星在距地面高度为 R 处的重力加速度为 g/4D地球同步卫星的速率比近地卫星速率小，所以发射同步卫星所需的能量较少四：双星问题例 8： 宇宙中两颗相距较近的天体均为 “ 双星 ” ，它们以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动，而不至因为万有引力的作用而吸引到一起。设两者的质量分别为 m1 和 m2，两者相距 L ，求： 双星的轨道半径之比；双星的线速度之比；双星的角速度。3 例 9
8、、 （ 01 北京 .08 宁夏卷）两个星球组成双星，它们在相互之间的万有引力作用下，绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动。现测得两星中心距离为 R，其运动周期为 T，求两星的总质量。 （引力常量为 G）五：变轨问题例 10、 人造飞船首先进入的是距地面高度近地点为 200km， 远地点为 340km 的的椭圆轨道，在飞行第五圈的时候， 飞船从椭圆轨道运行到以远地点为半径的圆行轨道上， 如图所示， 试处理下面几个问题（地球的半径 R=6370km ， g=9.8m/s2） ：（ 1） 飞船在椭圆轨道上运行， Q 为近地点， P 为远地点，当飞船运动到 P 点时点火，使飞船沿圆轨道运行，以下说法
9、正确的是A飞船在 Q 点的万有引力大于该点所需的向心力B飞船在 P 点的万有引力大于该点所需的向心力C飞船在轨道 1 上 P 的速度小于在轨道 2 上 P的速度D飞船在轨道 1 上 P 的加速度大于在轨道 2 上 P 的加速度（ 2） 假设由于飞船的特殊需要，美国的一艘原来在圆轨道运行的飞船前往与之对接，则飞船一定是A从较低轨道上加速 B从较高轨道上加速C从同一轨道上加速 D从任意轨道上加速例 11 发射地球同步卫星时，先将卫星发射到近地圆轨道 1，然后点火，使其沿椭圆轨道 2 运行，最后再次点火，将卫星送人同步圆轨道 3。轨道 1、 2 相切于 Q 点，轨道 2、 3 相切于 P 点，如图所
10、示， ，则当卫星分别在 1、 2、 3 轨道上正常运行时，下列说法中正确的是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 点时的加速度等于它在轨道 3 上经过 P 点时的加速度万有引力与航天测试题（时间 60 分钟 满分 100 分）一、选择题（每小题 5 分，共 50 分）1下列说法符合史实的是 （ ）A牛顿发现了行星的运动规律B开普勒发现了万有引力定律C卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量D牛顿发现了海王星和冥王星
11、2下列说法正确的是 （ ）A第一宇宙速度是人造卫星环绕地球运动的速度B第一宇宙速度是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度C如果需要，地球同步通讯卫星可以定点在地球上空的任何一点D地球同步通讯卫星的轨道可以是圆的也可以是椭圆的3关于环绕地球运转的人造地球卫星，有如下几种说法，其中正确的是 （ ）A 轨道半径越大，速度越小，周期越长B 轨道半径越大，速度越大，周期越短C 轨道半径越大，速度越大，周期越长D 轨道半径越小，速度越小，周期越长P地球Q 轨道 1 轨道 2 4 4两颗质量之比 4:1: 21 mm 的人造地球卫星，只在万有引力的作用之下，环绕地球运转。如果它们的轨道半径
12、之比 1:2: 21 rr ，那么它们的动能之比 21: kk EE 为 （ ）A 8： 1 B 1： 8 C 2： 1 D 1： 2 5科学家们推测，太阳系的第十颗行星就在地球的轨道上，从地球上看，它永远在太阳的背面，人类一直未能发现它，可以说是 “ 隐居 ” 着的地球的 “ 孪生兄弟 ” 由以上信息可以确定（ ）A这颗行星的公转周期与地球相等 B这颗行星的半径等于地球的半径C这颗行星的密度等于地球的密度 D这颗行星上同样存在着生命6关于开普勒行星运动的公式 23TR k，以下理解正确的是 （ ）A k 是一个与行星无关的常量B若地球绕太阳运转轨道的半长轴为 R 地 ，周期为 T 地 ；月球
13、绕地球运转轨道的长半轴为 R 月 ，周期为 T 月 ，则 2323月月地地TRTRC T 表示行星运动的自转周期D T 表示行星运动的公转周期7若已知行星绕太阳公转的半径为 r，公转的周期为 T，万有引力恒量为 G，则由此可求出（ ）A某行星的质量 B太阳的质量C某行星的密度 D太阳的密度8已知下面的哪组数据，可以算出地球的质量 M 地 （引力常量 G 为已知） （ ）A月球绕地球运动的周期 T 及月球到地球中心的距离 R1B地球绕太阳运行周期 T2 及地球到太阳中心的距离 R2C人造卫星在地面附近的运行速度 v3 和运行周期 T3D地球绕太阳运行的速度 v4及地球到太阳中心的距离 R49下列
14、说法中正确的是 （ ）A天王星偏离根据万有引力计算的轨道，是由于天王星受到轨道外面其他行星的引力作用B只有海王星是人们依据万有引力定律计算轨道而发现的C天王星是人们依据万有引力定律计算轨道而发现的D以上均不正确10 2001 年 10 月 22 日，欧洲航天局由卫星观测发现银河系中心存在一个超大型黑洞，命名为 MCG 6 30 15， 由于黑洞的强大引力， 周围物质大量掉入黑洞， 假定银河系中心仅此一个黑洞， 已知太阳系绕银河系中心匀速运转， 下列哪一组数据可估算该黑洞的质量5 （ ）A地球绕太阳公转的周期和速度B太阳的质量和运行速度C太阳质量和到 MCG6 30 15 的距离D太阳运行速度和
15、到 MCG 6 30 15 的距离二、填空题 （每题 6 分，共 18 分）11两颗人造卫星 A、 B 的质量之比 mA mB=1 2，轨道半径之比 rA rB=1 3，某一时刻它们的连线通过地心，则此时它们的线速度之比 vA vB= ，向心加速度之比aA aB= ，向心力之比 FA FB= 。12地球绕太阳运行的半长轴为 1.5 1011 m，周期为 365 天；月球绕地球运行的轨道半长轴为 3.82 108m，周期为 27.3 天，则对于绕太阳运行的行星； R3 T2 的值为 _m3 s2，对于绕地球运行的物体，则 R3 T2 _ m3/s2. 13地核的体积约为整个地球体积的 16%，地
16、核的质量约为地球质量的 34%.经估算，地核的平均密度为 _kg/m 3.（已知地球半径为 6.4 106 m，地球表面重力加速度为 9.8 m/s2，万有引力常量为 6.7 10 11N m2/kg 2，结果取两位有效数字）三、计算题 （共 32 分）14（ 10 分）宇航员驾驶一飞船在靠近某行星表面附近的圆形轨道上运行，已知飞船运行的周期为 T，行星的平均密度为 。试证明 kT 2 （万有引力恒量 G 为已知， 是恒量）15 （ 10 分）在某个半径为 m105R 的行星表面，对于一个质量 1m kg 的砝码，用弹簧称量，其重力的大小 N6.1G 。请您计算该星球的第一宇宙速度 1v 是多大？（注：第
