物理专题汇编万有引力与航天(一)含解析.docx

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1、物理专题汇编万有引力与航天(一)含解析一、高中物理精讲专题测试万有引力与航天1．如图所示，A是地球的同步卫星，另一卫星B的圆形轨道位于赤道平面内，离地面高度为h.已知地球半径为R，地球自转角速度为ω0，地球表面的重力加速度为g，O为地球中心．(1)求卫星B的运行周期．(2)如卫星B绕行方向与地球自转方向相同，某时刻A、B两卫星相距最近(O、B、A在同一直线上)，则至少经过多长时间，它们再一次相距最近？(R+h)3t2【答案】(1)TB=2p(2)gR2gR2(Rh)30【解析】【详解】Mmm42Rh①，GMm（1）由万有引力定律和向心力公式得G22mg②RhTB

2、R2R3联立①②解得：TBh③2R2g（2）由题意得0t2④，由③得BgR2⑤BR3ht2R2g代入④得30Rh2．一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vo（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)v0=x/t(2)g=2h/t2(3)2hR2/(Gt2)(4)2hRt【解析】（1）小球做平抛运动，在水平方向：x=vt

3、，解得从抛出到落地时间为：v0=x/t（2）小球做平抛运动时在竖直方向上有：12，h=gt2解得该星球表面的重力加速度为：g=2h/t2；（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：Mmmg=GR2所以该星球的质量为：M=gR2=2hR2/(Gt2)；G（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：GMmmv2R2R重力等于万有引力，即mg=GMm，R2解得该星球的第一宇宙速度为：v2hRgRt3．载人登月计划是我国的“探月工程”计划中实质性的目标．假设宇航员登上月球后，以初速度v0竖直向上抛出一小球，测出小球

4、从抛出到落回原处所需的时间为t.已知引力常量为G，月球的半径为R，不考虑月球自转的影响，求：(1)月球表面的重力加速度大小g月；(2)月球的质量M；(3)飞船贴近月球表面绕月球做匀速圆周运动的周期T.【答案】(1)2v0；(2)2R2v0；(3)2RttGt2v0【解析】【详解】(1)小球在月球表面上做竖直上抛运动，有2v0tg月月球表面的重力加速度大小g月2v0t(2)假设月球表面一物体质量为m，有MmGR2=mg月月球的质量M2R2v0Gt(3)飞船贴近月球表面做匀速圆周运动，有Mm22GmRR2T飞船贴近月球表面绕月球做匀速圆周运动的周期T2Rt2v04．如图所示是一种测量

5、重力加速度g的装置。在某星球上，将真空长直管沿竖直方向放置，管内小球以某一初速度自O点竖直上抛，经t时间上升到最高点，OP间的距离为h，已知引力常量为G，星球的半径为R；求：（1）该星球表面的重力加速度g；（2）该星球的质量M；（3）该星球的第一宇宙速度v1。2h2hR22hR【答案】（1）g（2）（3）t2Gt2t【解析】（1）由竖直上抛运动规律得：t上=t下=t由自由落体运动规律：h1gt222hgt2（2）在地表附近：GMmmgR2gR22hR2MGt2G（3）由万有引力提供卫星圆周运动向心力得：GMmmv12R2Rv1GM2hRRt点睛：本题借助于竖直上抛求解重力加速度，

6、并利用地球表面的重力与万有引力的关系求星球的质量。5．宇航员在某星球表面以初速度v0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)v02(2)v0R2h2h【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v022gh解得，该星球表面的重力加速度gv022h(2)卫星贴近星球表面运行，则mgmv2R解得：星球上发射卫星的第一宇宙速度RvgRv02h6．宇航员王亚平在“天宫一号”飞船

7、内进行了我国首次太空授课．若已知飞船绕地球做匀速圆周运动的周期为T，地球半径为R，地球表面重力加速度g，求：（1）地球的第一宇宙速度v；（2）飞船离地面的高度h．【答案】（1）vgR（2）h3gR2T242R【解析】【详解】2（1）根据mgmv得地球的第一宇宙速度为：RvgR．（2）根据万有引力提供向心力有：GMmmRh42，(Rh)2T2又GMgR2，解得：h3gR2T2R．427．已知地球的半径为R，地面的重力加速度为g，万有引力常量为G。求(1)地球的质量M；(