高中物理万有引力定律及其应用试题

如图所示，O为地球球心，A为地球表面上的点，B为O、A连线间的点，AB=d，将地球视为质量分布均匀的球体，半径为R。设想挖掉以B为圆心、以为半径的球。若忽略地球自转，则挖出球体后A点的重力加速度与挖去球体前的重力加速度之比为

A．	B．
C．	D．

质量为m的卫星发射前静止在地球赤道表面。假设地球可视为质量均匀分布的球体，半径为R。
（1）已知地球质量为M，自转周期为T，引力常量为G。求此时卫星对地表的压力N的大小；
（2）卫星发射后先在近地轨道上运行（轨道离地面的高度可以忽略不计），运行的速度大小为v₁，之后经过变轨成为地球的同步卫星，此时离地面高度为H，运行的速度大小为v₂。
a．求比值；
b．若卫星发射前随地球一起自转的速度大小为v₀，通过分析比较v₀、 v₁、v₂三者的大小关系。

如图所示是我国发射的某卫星的飞行轨迹图的一部分．该卫星在发射过程中经过四次变轨进入同步轨道．第四次变轨示意过程如图所示．卫星先沿椭圆轨道I飞行，后在远地点P处实现变轨，进入同步轨道II．对该卫星的运动下列说法正确的是

A．在椭圆轨道I上运行一周的时间小于24小时

B．在轨道I上经过P点时的速度比在轨道Ⅱ经过P点时的速度大

C．在轨道I和轨道Ⅱ上经过P点时的加速度不同

D．在轨道Ⅱ上的机械能比在轨道I上的机械能小

金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动，它们的向心加速度大小分别为 ${\mathrm{a}}_{金}$ 、 ${\mathrm{a}}_{\mathrm{地}}$ 、 ${\mathrm{a}}_{\mathrm{火}}$ ， 它们沿轨道运行的速率分别为 ${\mathrm{v}}_{\mathrm{金}}$ 、 ${\mathrm{v}}_{\mathrm{地}}$ 、 ${\mathrm{v}}_{\mathrm{火}}$ 。已知它们的轨道半径 ${\mathrm{R}}_{\mathrm{金}}<{\mathrm{R}}_{\mathrm{地}}<{\mathrm{R}}_{\mathrm{火}}\mathrm{}$ ， 由此可以判定（ ）            

A．

$\mathrm{ }{\mathrm{a}}_{\mathrm{金}}>{\mathrm{a}}_{\mathrm{地}}>{\mathrm{a}}_{\mathrm{火}}\mathrm{ }$

B．

${\mathrm{a}}_{\mathrm{火}}>{\mathrm{a}}_{\mathrm{地}}>{\mathrm{a}}_{\mathrm{金}}$

C．

${\mathrm{v}}_{\mathrm{地}}>{\mathrm{v}}_{\mathrm{火}}>{\mathrm{v}}_{\mathrm{金}}\mathrm{ }$

D．

${\mathrm{v}}_{\mathrm{火}}>{\mathrm{v}}_{\mathrm{地}}>{\mathrm{v}}_{\mathrm{金}}$

如图，A为置于地球赤道上的物体，B为绕地球做椭圆轨道运行的卫星，C为绕地球做圆周运动的卫星，P为B、C两卫星轨道的交点。已知A、B、C绕地心运动的周期相同。相对于地心，下列说法中正确的是

A．卫星C的运行速度小于物体A的速度
B．卫星B在P点的加速度大小与卫星C在该点加速度大小相等
C．卫星B运动轨迹的半长轴与卫星C运动轨迹的半径相等
D．物体A和卫星C具有相同大小的加速度

质量为100 kg行星探测器从某行星表面竖直发射升空，发射时发动机推力恒定，发射升空后8 s末，发动机突然间发生故障而关闭，探测器从发射到落回出发点全过程的速度图象如图所示。已知该行星半径是地球半径的，地球表面重力加速度为10m/s²，该行星表面没有大气，不考虑探测器总质量的变化。求：

（1）探测器发动机推力大小；
（2）该行星的第一宇宙速度大小。

物体在地球表面重16 N，它在以5 m/s²的加速度加速上升的火箭中的视重为9 N，则此火箭离地球表面的距离为地球半径的多少倍？（设地球表面处g₀取10 m/s²）

据报道，天文学家近日发现了一颗距地球40光年的“超级地球”，名为“55 Cancrie”，该行星绕母星(中心天体)运行的周期约为地球绕太阳运行周期的，母星的体积约为太阳的60倍．假设母星与太阳密度相同，“55 Cancrie”与地球均做匀速圆周运动，则“55 Cancrie”与地球的(  )

A．轨道半径之比约为

B．轨道半径之比约为

C．向心加速度之比约为

D．向心加速度之比约为

2017年4月，我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接，对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道（可视为圆轨道）运动。与天宫二号单独运行时相比，组合体运行的（    ）

A．

周期变大

B．

速率变大

C．

动能变大

D．

向心加速变大

2019年1月，我国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆，在探测器"奔向"月球的过程中，用h表示探测器与地球表面的距离，F表示它所受的地球引力，能够描F随h变化关系的图像是（ ）           

A. B.

C. D.

在星球 $M$ 上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体P轻放在弹簧上端，P由静止向下运动，物体的加速度a与弹簧的压缩量x间的关系如图中实线所示。在另一星球N上用完全相同的弹簧，改用物体Q完成同样的过程，其 $a-x$ 关系如图中虚线所示，假设两星球均为质量均匀分布的球体。已知星球M的半径是星球N的3倍，则(   )

A．M与N的密度相等

B．Q的质量是P的3倍

C．Q下落过程中的最大动能是P的4倍

D．Q下落过程中弹簧的最大压缩量是P的4倍

甲、乙两颗人造卫星质量相等，均绕地球做圆周运动，甲的轨道半径是乙的2倍。下列应用公式进行的推论正确的有 $($ 　　 $)$

A．	由 $v=\sqrt{\mathit{gR}}$ 可知，甲的速度是乙的 $\sqrt{2}$ 倍
B．	由 $a={\omega }^{2}r$ 可知，甲的向心加速度是乙的2倍
C．	由 $F=G\frac{\mathit{Mm}}{r^2}$ 可知，甲的向心力是乙的 $\frac{1}{4}$
D．	由 $\frac{r^3}{T^2}=k$ 可知，甲的周期是乙的 $2\sqrt{2}$ 倍

2014年12月31日，搭载“风云二号”08星的运载火箭在西昌卫星发射中心点火发射。发射过程中“风云二号”08星的某一运行轨道为椭圆轨道，周期为T₀，如图所示。则(  )

A．“风云二号”08星的发射速度小于第一宇宙速度

B．“风云二号”08星在A→B→C的过程中，速率逐渐变大

C．“风云二号”08星在A→B过程所用的时间小于

D．“风云二号”08星在B→C→D的过程中，万有引力对它先做正功后做负功

在万有引力定律研究太阳系中的行星围绕太阳运动时，我们可以根据地球的公转周期，求出地球的质量．在运算过程中，采用理想化方法，把太阳和地球看成质点，还做了      和      的简化处理．有一人造天体飞临某个行星，并进入该行星的表面圆轨道，测出该天体绕行星运行一周所用的时间为T，则这颗行星的密度是     ．

黑洞是近代引力理论所预言的一种特殊天体，探寻黑洞的方案之一是观测双星系统的运动规律．天文学家观测河外星系大麦哲伦云时，发现了LMCX－3双星系统，它由可见星A和不可见的暗星B构成。两星视为质点，不考虑其它天体的影响，A、B围绕两者连线上的O点做匀速圆周运动，它们之间的距离保持不变，如图所示。引力常量为G，由观测能够得到可见星A的速率v和运行周期T。

（1）可见星A所受暗星B的引力可等效为位于O点处质量为的星体（视为质点）对它的引力，设A和B的质量分别为、，试求（用、表示）；
（2）求暗星B的质量与可见星A的速率v、运行周期T和质量之间的关系式；
（3）恒星演化到末期，如果其质量大于太阳质量的2倍，它将有可能成为黑洞。若可见星A的速率v＝2.7×10⁵m/s，运行周期T＝4.7π×10⁴s，质量m₁＝6，试通过估算来判断暗星B有可能是黑洞吗？（G＝6.67×10^－11N·m2/kg2，ms＝2．0×10³⁰kg）