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高一年級(jí)物理暑假萬有引力定律作業(yè)

時(shí)間:2016-08-02 16:10:00   來源:無憂考網(wǎng)     [字體: ]
一、選擇題(本題共6道小題)
1.有兩顆繞地球運(yùn)行的人造地球衛(wèi)星,它們的質(zhì)量之比是m1∶m2=1:2,它們運(yùn)行線速度的大小之比是v1∶v2=1∶2,那么下列說法錯(cuò)誤的是:( )
A.它們運(yùn)行的周期之比是T1∶T2=8∶1
B.它們的軌道半徑之比是r1∶r2=4∶1
C.它們的向心力大小之比是F1∶F2=1∶32
D.它們的向心加速度大小之比是a1∶a2=16∶1
2.2014年11月歐航局“菲萊”探測器第一次在彗星上實(shí)現(xiàn)軟著陸,人類對(duì)外太空的探索翻開了新的篇章.某探測器在太空被一未知行星的引力俘獲,成為其衛(wèi)星,若測得探測器繞行星做圓周運(yùn)動(dòng)半徑為R,探測器與行星的連線在時(shí)間t內(nèi)掃過的角度為θ,則再結(jié)合萬有引力常量G可知(  )
A. 行星的質(zhì)量 B. 行星的半徑
C. 行星的平均密度 D. 探測器所受引力的大小
3.假設(shè)太陽系中天體的密度不變,天體直徑和天體之間距離都縮小到原來的一半,地球繞太陽公轉(zhuǎn)近似為勻速圓周運(yùn)動(dòng),則下列物理量變化正確的是(  )
A. 地球的向心力變?yōu)榭s小前的一半
B. 地球的向心力變?yōu)榭s小前的
C. 地球繞太陽公轉(zhuǎn)周期與縮小前的相同
D. 地球繞太陽公轉(zhuǎn)周期變?yōu)榭s小前的一半
4.衛(wèi)星電話信號(hào)需要通地球同步衛(wèi)星傳送.如果你與同學(xué)在地面上用衛(wèi)星電話通話,則從你發(fā)出信號(hào)至對(duì)方接收到信號(hào)所需最短時(shí)間最接近于(可能用到的數(shù)據(jù):月球繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑約為3.8×105km,運(yùn)行周期約為27天,地球半徑約為6400千米,無線電信號(hào)傳播速度為3×108m/s)(  )
A. 0.1s B. 0.5s C. 0.25s D. 1s
5.據(jù)英國《衛(wèi)報(bào)》網(wǎng)站2015年1月6日?qǐng)?bào)道,在太陽系之外,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆最適宜人類居住的類地行星,繞恒星橙矮星運(yùn)行,命名為“開普勒438b”.假設(shè)該行星與地球繞恒星均做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其運(yùn)行的周期為地球運(yùn)行周期的p倍,橙矮星的質(zhì)量為太陽的q倍. 則該行星與地球的(  )
A. 軌道半徑之比為 B. 軌道半徑之比為
C. 線速度之比為 D. 線速度之比為
6.已知地球半徑為R,一單擺在山腳下(處于海平面高度)的周期為T,將該單擺移到高為h的山頂,其周期改變量△T為(  )
A. T B. T C. T D. T
二、實(shí)驗(yàn)題(本題共2道小題)7.北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中兩顆衛(wèi)星均繞地心做勻速圓周運(yùn)動(dòng).某時(shí)刻兩顆衛(wèi)星分別位于同一圓軌道上的A、B兩位置(如圖所示),軌道半徑為r.若衛(wèi)星均順時(shí)針運(yùn)行,地球表面處的重力加速度為g,地球半徑為R,不計(jì)衛(wèi)星間的相互作用力.則兩顆衛(wèi)星的加速度大小  (選填“相同”或“不相同”),衛(wèi)星1由位置A運(yùn)動(dòng)至位置B所需的最短時(shí)間為 .
8.2012年5月10日15時(shí)06分,由國防科技大學(xué)自主設(shè)計(jì)與研制的“天拓一號(hào)”技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星,在太原衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征四號(hào)乙”運(yùn)載火箭,以“一箭雙星”方式與我國“遙感衛(wèi)星14號(hào)”一同發(fā)射升空;鸺w行約13分40秒后,“天拓一號(hào)”緊隨“遙感衛(wèi)星14號(hào)”之后與火箭分離,成功進(jìn)入預(yù)定軌道。已知“天拓一號(hào)”衛(wèi)星繞地球公轉(zhuǎn)的周期為T,地球半徑為R,地球表面的重力加速度為g,下列說法正確的是
A、“天拓一號(hào)”衛(wèi)星繞地球公轉(zhuǎn)的速度一定大于地球的第一宇宙速度
B、可以求得地球的質(zhì)量為
C、“天拓一號(hào)”衛(wèi)星繞地球公轉(zhuǎn)的速度為
D、“天拓一號(hào)”衛(wèi)星離地面的高度為
三、計(jì)算題(本題共3道小題,第1題0分,第2題0分,第3題0分,共0分)9.我國通信衛(wèi)星的研制始于70年代331衛(wèi)星通信工程的實(shí)施,到1984年4月,我國第一顆同步通信衛(wèi)星發(fā)射成功并投入使用,標(biāo)志著我國通信衛(wèi)星從研制轉(zhuǎn)入實(shí)用階段.現(xiàn)正在逐步建立同步衛(wèi)星與“伽利略計(jì)劃”等中低軌道衛(wèi)星等構(gòu)成的衛(wèi)星通信系統(tǒng).
(1)若已知地球的平均半徑為R0,自轉(zhuǎn)周期為T0,地表的重力加速度為g,試求同步衛(wèi)星的軌道半徑R;
(2)有一顆與上述同步衛(wèi)星在同一軌道平面的低軌道衛(wèi)星,自西向東繞地球運(yùn)行,其運(yùn)行半徑為同步軌道半徑R的四分之一,試求該衛(wèi)星的周期T是多少?該衛(wèi)星至少每隔多長時(shí)間才在同一城市的正上方出現(xiàn)一次.(計(jì)算結(jié)果只能用題中已知物理量的字母表示)
10.已知地球的自轉(zhuǎn)周期為T0,平均半徑為R0,地表的重力加速度為g
(1)試求地球同步衛(wèi)星的軌道半徑;
(2)有一顆與上述同步衛(wèi)星在同一軌道平面運(yùn)轉(zhuǎn)的低軌道衛(wèi)星,自西向東繞地球運(yùn)行,其運(yùn)行半徑為同步軌道半徑的四分之一,該衛(wèi)星至少每隔多長時(shí)間才在同一城市的正上方出現(xiàn)一次.(計(jì)算結(jié)果只能用題中已知物理量的字母表示)
11.探月衛(wèi)星的發(fā)射過程可簡化如下:首先進(jìn)入繞地球運(yùn)行的“停泊軌道”,在該軌道的P處通過變速在進(jìn)入地月“轉(zhuǎn)移軌道”,在快要到達(dá)月球時(shí),對(duì)衛(wèi)星再次變速,衛(wèi)星被月球引力“俘獲”后,成為環(huán)月衛(wèi)星,最終在環(huán)繞月球的“工作軌道”上繞月飛行(視為圓周運(yùn)動(dòng)),對(duì)月球進(jìn)行探測.已知“工作軌道”周期為T,距月球表面的高度為h,月球半徑為R,引力常量為G,忽略其它天體對(duì)探月衛(wèi)星在“工作軌道”上環(huán)繞運(yùn)動(dòng)的影響.
(1)要使探月衛(wèi)星從“轉(zhuǎn)移軌道”進(jìn)入“工作軌道”,應(yīng)增大速度還是減小速度?
(2)求探月衛(wèi)星在“工作軌道”上環(huán)繞的線速度大小;
(3)求月球的第一宇宙速度.答案
1.
2.解:A、根據(jù)探測器與行星的連線在時(shí)間t內(nèi)掃過的角度為θ,可以得出角速度的大小為:,根據(jù)萬有引力提供向心力,有:,解得:M=,A正確.
B、根據(jù)題目中物理量,無法求出行星的半徑,則無法得出行星的體積,所以無法求出行星的平均密度,故B、C錯(cuò)誤.
D、由于探測器的質(zhì)量未知,無法求出探測器所受的引力大小,故D錯(cuò)誤.
故選:A.
3.BC萬有引力定律及其應(yīng)用
由于天體的密度不變而半徑減半,導(dǎo)致天體的質(zhì)量減小,所以有
地球繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)由萬有引力充當(dāng)向心力.所以有所以B正確,A錯(cuò)誤;
由,整理得與原來相同,C正確.D錯(cuò)誤;
故選BC.
4.解:根據(jù)萬有引力提供向心力,r=,已知月球和同步衛(wèi)星的周期比為27:1,則月球和同步衛(wèi)星的軌道半徑比為9:1.同步衛(wèi)星的軌道半徑km.所以接收到信號(hào)的最短時(shí)間t=≈0.25s.故C正確,A、B、D錯(cuò)誤.
故選C.
5.解:A、B、行星公轉(zhuǎn)的向心力由萬有引力提供,根據(jù)牛頓第二定律,有:
G=m解得:R=
該行星與地球繞恒星均做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其運(yùn)行的周期為地球運(yùn)行周期的p倍,橙矮星的質(zhì)量為太陽的q倍,故:
==
故A正確,B錯(cuò)誤;
C、D、根據(jù)v=,有:=•=;
故C正確,D錯(cuò)誤;
故選:AC.
6.解:設(shè)單擺的擺長為L,地球的質(zhì)量為M.
據(jù)萬有引力定律等于重力,得
在海平面上,有mg=,
在山頂上,有mg′=,
可得海平面的重力加速度和高度為H山頂上的重力加速度之比為:
g:g′=(R+h)2:R2;
據(jù)單擺的周期公式可知T=,
則得海平面上有:T=,
山頂上有:T+△T=,由以上各式可求得:,故A正確,BCD錯(cuò)誤.
故選:A.
7.解:兩顆衛(wèi)星均繞地心做勻速圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù)萬有引力提供向心力得:…①
在地球表面的物體:…②
根據(jù)①②式得:.可知這兩顆衛(wèi)星的加速度大小相等;
衛(wèi)星的速度:…③,
衛(wèi)星1由位置A運(yùn)動(dòng)至位置B所需的時(shí)間:=.
故答案為:相同,.
B
考點(diǎn):人造衛(wèi)星的加速度、周期和軌道的關(guān)系;萬有引力定律及其應(yīng)用.專題:人造衛(wèi)星問題.分析:同步衛(wèi)星的周期與地球的自轉(zhuǎn)周期相等,根據(jù)萬有引力提供向心力,結(jié)合萬有引力等于重力
求出同步衛(wèi)星的軌道半徑.
通過萬有引力提供向心力求出周期與軌道半徑的關(guān)系,從而求出低軌道衛(wèi)星的周期.
抓住轉(zhuǎn)過的圓心角關(guān)系求出在同一城市的正上方出現(xiàn)的最小時(shí)間.解答:解:(1)設(shè)地球的質(zhì)量為M,同步衛(wèi)星的質(zhì)量為m,運(yùn)動(dòng)周期為T,因?yàn)樾l(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力
由萬有引力提供,故

同步衛(wèi)星T=T0②
而在地表面③
由①②③式解得:.
(2)由①式可知T2∝R3,
設(shè)低軌道衛(wèi)星運(yùn)行的周期為T′,則
因而
設(shè)衛(wèi)星至少每隔t時(shí)間才在同一地點(diǎn)的正上方出現(xiàn)一次,根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)角速度與所轉(zhuǎn)過的圓心角的
關(guān)系θ=ωt得:
解得:,即衛(wèi)星至少每隔時(shí)間才在同一地點(diǎn)的正上方出現(xiàn)一次.
答:(1)同步衛(wèi)星的軌道半徑.
(2)該衛(wèi)星的周期T為,衛(wèi)星至少每隔時(shí)間才在同一地點(diǎn)的正上方出現(xiàn)一次.點(diǎn)評(píng):解決本題的關(guān)鍵掌握萬有引力提供向心力和萬有引力等于重力這兩大理論,
知道同步衛(wèi)星的周期與地球自轉(zhuǎn)的周期相等.
10.解:(1)設(shè)地球的質(zhì)量為M,同步衛(wèi)星的質(zhì)量為m,運(yùn)動(dòng)周期為T,因?yàn)樾l(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬有引力提供,故 ,同步衛(wèi)星T=T0
而在地表面 得:
(2)由①式可知T2∝R2,設(shè)低軌道衛(wèi)星的周期為T1,則,得T1=
設(shè)衛(wèi)星至少每隔t時(shí)間在同一地點(diǎn)的正上方出現(xiàn)一次,只需滿足
ω1t﹣ω2t=2π 即
解得t=
答:(1)地球同步衛(wèi)星的軌道半徑;
該衛(wèi)星至少每隔時(shí)間才在同一城市的正上方出現(xiàn)一次.
考點(diǎn):萬有引力定律及其應(yīng)用.專題:萬有引力定律的應(yīng)用專題.分析:要使探月衛(wèi)星從“轉(zhuǎn)移軌道”進(jìn)入“工作軌道”,應(yīng)減小速度做近心運(yùn)動(dòng).
根據(jù)線速度與軌道半徑和周期的關(guān)系直接得到探月衛(wèi)星線速度的大小.
月球?qū)μ皆滦l(wèi)星的萬有引力提供其做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,
“近月衛(wèi)星”的環(huán)繞速度為月球的第一宇宙速度v1,根據(jù)萬有引力提供向心力,解以上二式可得月球的第一宇宙速度.解答:解:(1)要使探月衛(wèi)星從“轉(zhuǎn)移軌道”進(jìn)入“工作軌道”,應(yīng)減小速度做近心運(yùn)動(dòng).
(2)根據(jù)線速度與軌道半徑和周期的關(guān)系可知探月衛(wèi)星線速度的大小為
(3)設(shè)月球的質(zhì)量為M,探月衛(wèi)星的質(zhì)量為m,月球?qū)μ皆滦l(wèi)星的萬有引力提供其做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,
所以有:
月球的第一宇宙速度v1等于“近月衛(wèi)星”的環(huán)繞速度,設(shè)“近月衛(wèi)星”的質(zhì)量為m′,則有:
由以上兩式解得:
答:(1)要使探月衛(wèi)星從“轉(zhuǎn)移軌道”進(jìn)入“工作軌道”,應(yīng)減小速度.
(2)探月衛(wèi)星在“工作軌道”上環(huán)繞的線速度大小為.