高中物理万有引力定律及其应用试题

我国启动“嫦娥工程”以来，分别于2007年10月24日和2010年10月1日将“嫦娥一号”和“嫦娥二号”成功发射，“嫦娥三号”亦有望在2013年落月探测90天，并已给落月点起了一个富有诗意的名字——“广寒宫”．
（1）若已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，月球绕地球运动的周期为T，月球绕地球的运动近似看做匀速圆周运动，求月球绕地球运动的轨道半径r；
（2）若宇航员随登月飞船登陆月球后，在月球表面某处以速度v₀竖直向上抛出一个小球，经过时间t小球落回抛出点．已知月球半径为r_月，引力常量为G，试求月球的质量M_月．

设地球是一质量分布均匀的球体，O为地心．已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零．在下列四个图中，能正确描述x轴上各点的重力加速度g的分布情况的是(　　)．

我国发射了一颗地球资源探测卫星，发射时，先将卫星发射至距离地面50km的近地圆轨道1上，然后变轨到近地点距离地面50km、远地点距离地面1500km的椭圆轨道2上，最后由轨道2进入半径为7900km的圆轨道3，轨道1、2相切于P点，轨道2、3相切于Q点。忽略空气阻力和卫星质量的变化，则以下说法正确的是（       ）

A．该卫星从轨道1变轨到轨道2需要在P处点火减速

B．该卫星在轨道3的机械能大于在轨道1的机械能

C．该卫星在轨道2上稳定运行时，P点的速度小于Q点的速度

D．该卫星在轨道2上Q点的加速度大于在轨道3上Q点的加速度

两个星球组成双星，它们在相互之间的引力作用下，绕连线上的某点做周期相同的匀速圆周运动．现测得两星中心距离为L，其运动周期为Ｔ，万有引力常量为G，则两星各自的圆周运动半径与其自身的质量成           （填“正比”或者“反比”）；两星的总质量为             。

石墨烯是近些年发现的一种新材料，其超高强度及超强导电、导热等非凡的物理化学性质有望使21世纪的世界发生革命性的变化，其发现者由此获得2010年诺贝尔物理学奖。用石墨烯制作超级缆绳，人类搭建"太空电梯"的梦想有望在本世纪实现。科学家们设想，通过地球同步轨道站向地面垂下一条缆绳至赤道基站，电梯仓沿着这条缆绳运行，实现外太空和地球之间便捷的物资交换。

（1）若"太空电梯"将货物从赤道基站运到距地面高度为的同步轨道站，求轨道站内质量为的货物相对地心运动的动能。设地球自转角速度为，地球半径为。
（2）当电梯仓停在距地面高度的站点时，求仓内质量的人对水平地板的压力大小。取地面附近重力加速度，地球自转角速度，地球半径。

在半径R＝5 000 km的某星球表面，宇航员做了如下实验，实验装置如图甲所示．竖直平面内的光滑轨道由轨道AB和圆弧轨道BC组成，将质量m＝0.2 kg的小球，从轨道AB上高H处的某点由静止滑下，用力传感器测出小球经过C点时对轨道的压力F，改变H的大小，可测出相应的F大小，F随H的变化关系如图乙所示．求：

(1)圆轨道的半径及星球表面的重力加速度．
(2)该星球的第一宇宙速度．

在地球某处海平面上测得物体自由下落高度h所需的时间为t，到某高山顶测得物体自由下落h同样高度所需时间增加了Δt，已知地球半径为，试求山的高度H．

(12分)“嫦娥工程”计划在第二步向月球发射一个软着陆器，在着陆器附近进行现场勘测．已知地球的质量约为月球质量的80倍，地球的半径约为月球半径的4倍，地球表面的重力加速度为g_地=10m/s²，地球的第一宇宙速度为7.9km/s。假设将来测得着陆器撞击月球表面后又竖直向上弹起，并且经过2s钟后落回到月球表面．试求:(1)它弹起时的初速度v₀。（2）月球的第一宇宙速度是多少。（不考虑地球和月球的自转；结果保留两位有效数字）．

已知某行星半径为R，以某第一宇宙速度运行的卫星的绕行周期为T，围绕该行星运动的同步卫星运行速率为v，则该行星的自转周期为：

A．

B．

C．

D．

2014年最大最圆的“超级月亮”在8月11日凌晨2时前后现身天幕。11日1时42分，月亮运行到近地点，距离地球最近，与远地点相比，可观测到月球面积增大14%，亮度增加30%，月球绕地球运行椭圆轨道abcda如图所示，运行周期为T, a为其近地点、c为远地点，b、d为曲线ac的中点．下列说法正确的是（ ）

A．月球从a到b再到c的过程中，速率逐渐变小

B．月球从a到b所用时间等于T∕4

C．月球从b到c再到d的过程中，万有引力对它先做负功后做正功

D．月球在a点的机械能大于在b点的机械能

“嫦娥一号”卫星开始绕地球在椭圆轨道运动，经过变轨、制动后，成为一颗绕月球做圆周运动的卫星。设卫星距月球表面的高度为h ，做匀速圆周运动的周期为T 。已知月球半径为R ，引力常量为G。求：
（1）月球的质量M及月球表面的重力加速度g；
（2）在距月球表面高度为h₀的地方（），将一质量为m的小球以v₀的初速度水平抛出，求落地瞬间月球引力对小球做功的瞬时功率P。

2007年9月24日，“嫦娥一号“探月卫星发射升空，实现了中华民族千年奔月的梦想.“嫦娥一号”卫星在距月球表面200 krn、周期127 min的圆形轨道上绕月球做匀速圆周运动.已知月球半径约为1 700 km，引力常量，忽略地球对“嫦娥一号”的引力作用.由以上数据可以估算出的物理量有    （    ）

A．月球的质量	B．卫星的质量
C．月球表面的温度	D．月球绕地球公转的周期

我国发射的“神州六号”载人飞船，与“神州五号”飞船相比，它在更高的轨道上绕地球做匀速圆周运动，如图所示，下列说法中正确的是（ ）

A．“神州六号”的线速度较小

B．“神州六号”的线速度与“神州五号”的相同

C．“神州六号”的周期更短

D．“神州六号”的周期与“神州五号”的相同

万有引力定律揭示了天体运动规律与地上物体运动规律具有内在的一致性。
（1）用弹簧秤称量一个相对于地球静止的小物体的重量，随称量位置的变化可能会有不同的结果。已知地球质量为M，自转周期为T，万有引力常量为G．将地球视为半径为R、质量均匀分布的球体，不考虑空气的影响．设在地球北极地面称量时，弹簧秤的读数是
a．若在北极上空高出地面h处称量，弹簧秤读数为，求比值的表达式，并就的情形算出具体数值（计算结果保留两位有效数字）；
b．若在赤道地面称量，弹簧秤读数为，求比值的表达式．
（2）设想地球绕太阳公转的圆周轨道半径为r、太阳的半径为和地球的半径R三者均减小为现在的，而太阳和地球的密度均匀且不变．仅考虑太阳和地球之间的相互作用，以现实地球的1年为标准，计算“设想地球”的一年将变为多长？

在物理学理论建立的过程中，有许多伟大的科学家做出了共线，关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是（   ）

A．奥斯特发现了电流的磁效应，并发现了电磁感应现象

B．库伦提出了库仑定律，并最早用实验测得了元电荷e的数值

C．开普勒进行了“月-地检测”，得出了天上和地下的物体都遵循万有引力定律

D．安培提出了分子电流假说，并在磁场与电流的相互作用方面做出了杰出的贡献