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多选题

(多选)质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行,其运动视为匀速圆周运动.已知月球质量为M,月球半径为R,月球表面重力加速度为g,引力常量为G,不考虑月球自转的影响,则航天器的(  )

A
线速度v=$\sqrt {}$
B
角速度w=$\sqrt {gR}$
C
运行周期T=2π$\sqrt {}$
D
向心加速度a=$\frac {Gm}{R}$

题目答案

AC

答案解析

分析:

研究探月航天器绕月球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式求出问题.

向心力的公式选取要根据题目提供的已知物理量或所要求解的物理量选取应用.

不考虑月球自转的影响,万有引力等于重力.

解答:

解:根据万有引力提供卫星做圆周运动的向心力和万有引力等于重力得出:

A、G$\frac {Mm}{R}$=m$\frac {v}{R}$⇒v=$\sqrt {}$故A正确;

B、mg=mω_R⇒ω=$\sqrt {}$故B错误;

C、mg=m$\frac {4π}{T}$R⇒T=2π$\sqrt {}$故C正确;

D、G$\frac {Mm}{R}$=ma⇒a=G$\frac {M}{R}$故D错误.

故选AC.

点评:

应用万有引力定律进行卫星加速度、速度、周期和中心天体质量的估算.

举一反三
多选题

(多选)火星直径约为地球的一半,质量约为地球的十分之一,它绕太阳公转的轨道半径约为地球公转半径的1.5倍.根据以上数据,以下说法正确的是(  )

A
火星表面重力加速度的数值比地球表面小
B
火星公转的周期比地球的长
C
火星公转的线速度比地球的大
D
火星公转的向心加速度比地球的大

题目答案

AB

答案解析

分析:

根据万有引力等于重力表示出重力加速度,再去进行比较.

研究火星和地球绕太阳公转,根据万有引力提供向心力,列出等式再去进行比较.

解答:

解:A、根据万有引力等于重力得出:

G$\frac {Mm}{R}$=mg得:g=G$\frac {M}{R}$,根据火星直径约为地球的一半,质量约为地球的十分之一,

计算得出火星表面的重力加速度约为地球表面的$\frac {2}{5}$,故A正确;

B、研究火星和地球绕太阳公转,根据万有引力提供向心力得出:

G$\frac {Mm}{R}$=m($\frac {2π}{T}$)_R得:T=2π$\sqrt {}$,M为太阳的质量,R为轨道半径.火星的轨道半径大于地球的轨道半径,

通过T的表达式发现公转轨道半径大的周期长,故B正确;

C、研究火星和地球绕太阳公转,根据万有引力提供向心力得出:

$\frac {GMm}{R}$=m$\frac {v}{R}$,得:v=$\sqrt {}$.M为太阳的质量,R为轨道半径.火星的轨道半径大于地球的轨道半径,

通过v的表达式发现公转轨道半径大的线速度小,故C错误;

D、研究火星和地球绕太阳公转,根据万有引力提供向心力得出:

$\frac {GMm}{R}$=ma,得:a=G$\frac {M}{R}$.M为太阳的质量,R为轨道半径.火星的轨道半径大于地球的轨道半径,

通过a的表达式发现公转轨道半径大的向心加速度小,故D错误;

故选AB.

点评:

要比较一个物理量大小,我们应该把这个物理量先表示出来,在进行比较.

向心力的公式选取要根据题目提供的已知物理量或所求解的物理量选取应用.

多选题

(多选)2013年4月将出现“火星合日”的天象“火星合日”是指火星、太阳、地球三者之间形成一条直线时,从地球的方位观察,火星位于太阳的正后方,火星被太阳完全遮蔽的现象,如图所示已知地球、火星绕太阳运行的方向相同,若把火星和地球绕太阳运行的轨道视为圆,火星绕太阳公转周期约等于地球公转周期的2倍,由此可知(  )

A
“火星合日”约每1年出现一次
B
“火星合日”约每2年出现一次
C
火星的公转半径约为地球公转半径的$\sqrt {4}$倍
D
火星的公转半径约为地球公转半径的8倍

题目答案

BC

答案解析

分析:

由圆周运动的规律可得出多长时间火星、地球及月球处在同一直线上;由万有引力充当向心力可知火星半径与地球半径的大小关系.

解答:

解:A、因火星的周期为地球周期的2倍,故地球转一周时,火星转动了半圈,故一年内不会出现“火星合日”现象;只有等火星转动一圈时才会同时出现在同一直线上,故约2年出现一次,故A错误,B正确;

C、由G$\frac {Mm}{R}$=m$\frac {4π_R}{T}$可知,R=$\sqrt {}$,故半径R与$\sqrt {}$成比,故火星的公转半径约为地球公转半径的$\sqrt {4}$倍;故C正确,D错误;

故选:BC.

点评:

行星绕太阳运动与卫星绕地球运动的模型相似:旋转天体绕中心天体做匀速圆周运动,中心天体对旋转天体的万有引力提供旋转天体的向心力.本题关键抓住万有引力提供向心力,列式求解出线速度、角速度、周期和向心力的表达式,再进行讨论.

多选题

(多选)从地球表面向火星发射火星探测器,设地球和火星都在同一平面上绕太阳做圆周运动,地球轨道半径为R_0,火星轨道半径R_m为1.5R_0,发射过程可分为两步进行:第一步,在地球表面用火箭对探测器进行加速,使之获得足够的动能,从而脱离地球引力作用成为一个沿地球轨道绕太阳运行的人造行星;第二步是在适当时刻点燃与探测器连在一起的火箭发动机,在短时间内对探测器沿原方向加速使其速度数值增加到适当值,从而使得探测器沿着一个与地球轨道及火星轨道分别在长轴两端相切的半个椭圆,正好射到火星上,如图所示.已知地球绕太阳公转周期为一年,万有引力常量为G,则(  )

A
太阳一定位于探测器椭圆轨道的一个焦点上
B
可求出火星绕太阳的运转周期为$\sqrt {}$年
C
可计算出太阳的质量
D
探测器从地球上的发射速度为第一宇宙速度

题目答案

ABC

答案解析

分析:

A、根据开普勒第一定律,探测器成为绕太阳运行的人造行星,则太阳一定位于探测器椭圆轨道的一个焦点上.

B、根据开普勒第三定律有($\frac {T_m}{T}$)_=($\frac {R_m}{R}$)_,根据题目数据,可求出火星绕太阳的运转周期T_m.

C、根据万有引力提供向心力G$\frac {Mm}{R_0}$=m($\frac {2π}{T}$)_R_0,已知地球的公转周期T_0为1年和轨道半径R_0,则可以求出太阳的质量M.

D、探测器要成为一个沿地球轨道绕太阳运行的人造行星,其发射速度必定大于第二宇宙速度.

解答:

解:A、探测器脱离地球引力作用成为一个沿地球轨道绕太阳运行的人造行星,根据开普勒第一定律,太阳一定位于探测器椭圆轨道的一个焦点上.故A正确.

B、根据开普勒第三定律$\frac {R}{T}$=K,所以($\frac {T_m}{T}$)_=($\frac {R_m}{R}$)_,解得T_m=$\sqrt {}$年,故B正确.

C、根据万有引力提供向心力G$\frac {Mm}{R_0}$=m($\frac {2π}{T}$)_R_0,已知地球的轨道半径R_0和周期T_0(周期为1年),则可以求出太阳的质量M,故C正确.

D、探测器要获得足够的动能,从而脱离地球引力作用成为一个沿地球轨道绕太阳运行的人造行星,其发射速度必定大于第二宇宙速度.故D错误.

故选ABC.

点评:

了解第一宇宙速度和第二宇宙速度的基本含义.通过物理规律把进行比较的物理量表示出来,再通过已知的物理量关系求出问题是选择题中常见的方法.

多选题

(多选)木卫一是最靠近木星的卫星,丹麦天文学家罗迈早在十七世纪通过对木卫一的观测测出了光速.他测量了木卫一绕木星的运动周期T和通过木星影区的时间t.若已知木星的半径R和万有引力恒量G,T远小于木星绕太阳的运行周期,根据以上条件可以求出(  )

A
木星的密度
B
木卫一的密度
C
木卫一绕木星运动的向心加速度大小
D
木卫一表面的重力加速度大小

题目答案

AC

答案解析

分析:

根据木卫一绕木星的运动周期T和通过木星影区的时间t,计算走影区对应的圆心角,进而到木卫一的轨迹半径,从而求得中心天体质量和圆周运动的加速度.

解答:

解:A、B、如图:通过木星影区的时间t,周期为T,则:$\frac {θ}{2π}$=$\frac {t}{T}$,解得:θ=$\frac {t}{T}$2π,而:$\frac {R}{r}$=sin$\frac {θ}{2}$=sin$\frac {tπ}{T}$,解得:r=$\frac {R}{sin$\frac {πt}{T}$}$,

根据万有引力提供向心力:G$\frac {Mm}{r}$=m$\frac {4π}{T}$r,解得:M=$\frac {4π_r}{GT}$=$\frac {4π_R}{GT_sin_$\frac {πt}{T}$}$,可求得中心天体的质量,球体体积V=$\frac {4}{3}$πR_,可得:ρ=$\frac {M}{V}$=$\frac {3π}{GT_sin_$\frac {πt}{T}$}$,故A正确,B错误;

C、根据万有引力提供向心力:G$\frac {Mm}{r}$=ma=m$\frac {4π}{T}$r,解得:a=$\frac {4π_r}{T}$=$\frac {4π_R}{T_sin$\frac {πt}{T}$}$,故C正确;

D、公式只能计算中心天体的物理量,故D错误;

故选:AC

点评:

本题关键是根据木星的卫星做圆周运动的向心力有万有引力提供,列出方程,分析方程式即可看出要测量的量.

多选题

(多选)已知引力常量G、月球中心到地球中心的距离R和月球绕地球运行的周期T.仅利用这三个数据,可以估算出的物理量有(  )

A
月球的质量
B
地球的质量
C
地球的半径
D
月球绕地球运行速度的大小

题目答案

BD

答案解析

分析:

研究月球绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式求出中心天体的质量

根据圆周运动知识求出月球绕地球运行速度的大小.

解答:

解:研究月球绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式

$\frac {GMm}{R}$=$\frac {m•4π_R}{T}$

M=$\frac {4π_R}{GT}$,所以可以估算出地球的质量,不能估算出月球的质量,故A错误,B正确.

C、由于不知道地球表面的重力加速度,也不知道近地卫星的线速度或者周期,所以无法求出地球的半径,故C错误.

D、研究月球绕地球做匀速圆周运动,根据圆周运动知识得:

月球绕地球运行速度的大小v=$\frac {2πR}{T}$,故D正确.

故选BD.

点评:

向心力的公式选取要根据题目提供的已知物理量或所求解的物理量选取应用.

多选题

(多选)万有引力常量G已知,并利用下列哪组数据,可以计算出地球的质量(  )

A
已知地球的半径R和地面的重力加速度g
B
已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r 和周期T
C
已知地球绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径r 和公转周期T
D
已知卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度v和周期T

题目答案

ABD

答案解析

分析:

做圆周运动,由万有引力提供向心力,分别有线速度,角速度,及周期来表示向心力,得出天体质量的不同的表达式.

解答:

解:A、根据万有引力等于重力,

$\frac {GMm}{R}$=mg

M=$\frac {gR}{G}$,故A正确;

B、卫星做圆周运动,由万有引力提供向心力得

$\frac {GMm}{r}$=$\frac {m•4π_r}{T}$

M=$\frac {4π_ r}{GT}$,故B正确;

C、已知地球绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径r 和公转周期T,只能测算出中心天体太阳的质量,而地球是做圆周运动的天体,在等式中地球质量消去,故C错误;

D、已知卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度v和周期T,根据圆周运动的公式得轨道半径r=$\frac {vT}{2π}$,

由万有引力提供向心力得$\frac {GMm}{r}$=$\frac {m•4π_r}{T}$,

解得:M=$\frac {v_T}{2πG}$

所以可求出地球的质量,故D正确

故选:ABD.

点评:

考查天体质量的测量方法,明确由万有引力提供向心力,分别有线速度,角速度,及周期来表示向心力,得出天体质量的不同的表达式.

多选题

(多选)已知引力常量G和以下各组数据,能够计算出地球质量的是(  )

A
地球绕太阳运行的周期和地球与太阳球心间的距离
B
月球绕地球运行的周期和月球与地球球心间的距离
C
人造地球卫星在地面附近处绕行的速度与周期
D
已知地球的半径与地面的重力加速度

题目答案

BCD

答案解析

分析:

地球、月球、人造卫星等做匀速圆周运动,它们受到的万有引力充当向心力,用它们的运动周期表示向心力,由万有引力定律结合牛顿第二定律列式求中心天体的质量,然后由选项条件判断正确的答案.

解答:

解:A、地球绕太阳做匀速圆周运动,受到太阳的万有引力充当向心力,用它运动周期表示向心力,

由万有引力定律结合牛顿第二定律得:$\frac {GMm}{r}$=$\frac {4π_mr}{T}$,

∴太阳的质量M=$\frac {4π_r}{GT}$,

因此,不能求出地球的质量,故选项A错误.

B、月球绕地球做匀速圆周运动,它受到地球的万有引力充当向心力,用它运动周期表示向心力,

由万有引力定律结合牛顿第二定律得:$\frac {GM′m}{r}$=$\frac {m4π_r}{T}$,

∴地球的质量M′=$\frac {4π_r}{GT}$,因此,可求出地球的质量,故选项B正确.

C、人造卫星绕地球做匀速圆周运动,它受到地球的万有引力充当向心力,用它运动周期表示向心力,

由万有引力定律结合牛顿第二定律得:$\frac {GM′m}{r}$=$\frac {m4π_r}{T}$,

又因T=$\frac {2πr}{v}$∴地球的质量M′=$\frac {Tv}{2πG}$,因此,可求出地球的质量,故选项C正确.

D、地球表面的物体受到的地球的重力等于万有引力,即mg=$\frac {GM′m}{R}$,因此,可求出地球的质量M′=$\frac {gR}{G}$,故选项D正确.

故选:BCD.

点评:

解答万有引力定律在天体运动中的应用时要明确天体做匀速圆周运动,其受到的万有引力提供向心力,会用线速度、角速度、周期表示向心力,同时注意公式间的化简.

多选题

(多选)科学家观察到太阳系外某恒星有-行星,并测得该行星绕恒星运行一周所用的时间为1200年.行星与恒星的距离为地球到太阳距离的100倍.假定行星绕恒星运行的轨道和地球绕太阳运行的轨道都是圆形轨道.则利用以上数据可以求出的量有(  )

A
行星与地球的质量之比
B
恒星与太阳的质量之比
C
恒星与太阳的密度之比
D
行星与地球的运行速度之比

题目答案

BD

答案解析

分析:

根据行星的万有引力等于向心力,结合行星的轨道半径和公转周期列式求出恒星质量的表达式进行讨论即可;

根据行星的万有引力等于向心力,求解环绕速度进行讨论.

解答:

解:行星绕恒星做匀速圆周运动,设恒星质量为M,行星质量为m,轨道半径为r,根据万有引力提供向心力得:

$\frac {GMm}{r}$=$\frac {m•4π_r}{T}$①

得:M=$\frac {4π_r}{GT}$,

同理,太阳质量为

M′=$\frac {4π_r′}{GT′}$

由于地球的公转周期为1年,故可以求得恒星质量与太阳质量之比,B正确;

由于①式中,行星质量可以约去,故无法求得行星质量,故A错误;

由于恒星与太阳的体积均不知,故无法求出它们的密度之比,故C错误;

根据万有引力提供向心力得:

$\frac {GMm}{r}$=m$\frac {v}{r}$

解得:v=$\sqrt {}$,其中r表示行星、地球的运行半径,M为而太阳和恒星的质量,所以求出行星与地球的运行速度之比,故D正确.

故选:BD

点评:

本题关键是根据行星做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,列方程求出太阳和恒星的质量和环绕速度,然后分析即可.

多选题

(多选)下列关于力的说法正确的是(  )

A
作用力和反作用力作用在同一物体上
B
太阳系中的行星均受到太阳的引力作用
C
运行的人造地球卫星所受引力的方向不变
D
伽利略的理想实验说明了力不是维持物体运动的原因

题目答案

BD

答案解析

分析:

掌握牛顿第三定律的内容,清楚作用力和反作用力的含义.

知道万有引力定律的内容.

了解牛顿第一定律的内容.

解答:

解:A、作用力和反作用力作用在两个不同的物体上,故A错误.

B、太阳系中的行星均受到太阳的引力作用,自然界中任何两个物体都有引力作用.故B正确.

C、运行的人造地球卫星所受引力提供向心力,方向指向圆心不断改变,故C错误.

D、伽利略的理想实验说明了力不是维持物体运动的原因,故D正确.

故选BD.

点评:

掌握一些基本的定律内容,并能在具体问题中进行应用.

多选题

(多选)下列关于力和加速度的说法正确的是(  )

A
作用力和反作用力作用在同一物体上
B
摩擦力总是阻碍物体的运动
C
太阳系中的行星均受到太阳的引力作用
D
运行的人造地球卫星的加速度时刻在改变

题目答案

CD

答案解析

分析:

作用力与反作用力作用在两个物体上;

摩擦力总阻碍物体的相对运动或相对运动趋势;

行星均受到太阳的引力作用才绕太阳做匀速圆周运动;

人造地球卫星做匀速圆周运动,加速度大小不变,但方向时刻改变.

解答:

解:A、作用力和反作用力作用在两个不同物体上,故A错误;

B、摩擦力总是阻碍物体的相对运动或相对运动趋势,因此摩擦力可以是阻力,也可以是动力,故B错误;

C、太阳系中的行星均受到太阳的引力作用,从而提供向心力,做匀速圆周运动,故C正确;

D、运行的人造地球,做匀速圆周运动,卫星的加速度大小不变,但其方向时刻在改变,故D正确;

故选:CD

点评:

考查作用力与反作用力跟平衡力的区别,理解摩擦力是动力还是阻力,认识万有引力提供向心力,及匀速圆周运动的加速度为何变化.