高中物理万有引力定律及其应用计算题

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，它们还能相距最近？

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）

未来“嫦娥五号”落月后，轨道飞行器将作为中继卫星在绕月轨道上做圆周运动，如图所示．设卫星距离月球表面高为h，绕行周期为T，已知月球绕地球公转的周期为T₀，地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，月球半径为r，万有引力常量为G．试分别求出：

（1）地球的质量和月球的质量；
（2）中继卫星向地球发送的信号到达地球，最少需要多长时间？（已知光速为c，且h≤r≤R）

【改编】宇航员乘坐航天飞船，在距月球表面高度为H的圆轨道绕月运行。经过多次变轨最后登上月球。宇航员在月球表面做了一个实验：将长度L的细绳一端固定，另一端系质量m的金属球，并让金属球恰好能在竖直面内作圆周运动。已知引力常量为G，月球半径为R，小球在最高点的速度为v，求：
（1）月球表面的重力加速度（不考虑月球自转的影响）；
（2）航天飞船在高度为H圆轨道运行的速度。

在某星球上，宇航员做了一个实验：让质量为m="1." 0 kg的小滑块以v₀="6" m/s的初速度从倾角为θ= 53⁰的斜面AB的顶点A滑下，到达B点后与垂直斜面的挡板碰撞，不计碰撞时的机械能损失．滑块与斜面间的动摩擦因数为=" 0." 5，测得A点离B点所在水平面的高度为h=3m，最终物块在斜面上通过的路程s =" 20" m.已知sin 53⁰ =" 0." 8 ，cos 53⁰="0." 6，不计该星球的自转以及其他星球对它的作用．

(1)求该星球表面的重力加速度g；
(2)若测得该星球的半径为R=610⁶ m，则该星球的第一宇宙速度为多大？
(3)取地球半径Ro＝6.410⁶m，地球表面的重力加速度g₀＝10 m/s²，求该星球的平均密度与地球的平均密度之比．

中子星是恒星演化过程的一种可能结果，它的密度很大。现有一中子星，观测到它的自转周期为T=s。问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星的稳定，不致因自转而瓦解。计算时星体可视为均匀球体。（引力常数G=6．6710m/kg．s）

已知地球与火星的质量之比是8∶1，半径之比是 2∶1，在地球表面用一恒力沿水平方向拖一木箱，箱子能获得10m/s²的加速度。将此箱子送上火星表面，仍用该恒力沿水平方向拖木箱，则木箱产生的加速度为多大？已知木箱与地球和火星表面的动摩擦因数均为0.5，地球表面g = 10m/s²。

嫦娥三号将于今年12月发射，嫦娥三号及其月球车实现一系列重大突破，将完成在月球表面软着陆和巡视探测，实现中华民族五千年来九天揽月的梦想．一位勤于思考的同学为探月机械人设计了如下实验：在月球表面以初速度v₀竖直上抛出一个物体，测得物体的经过t时间落回．通过查阅资料知道月球的半径为R，引力常量为G，若物体只受月球引力的作用，上抛高度很小．求：
（1）月球的质量
（2）嫦娥三号在距月球表面高R处绕月球圆周运行的速率．

某星球半径为R =" 6×" 10⁶ m，假设该星球表面上有一倾角为θ = 30°的固定斜面，一质量为m =" 1" kg的小物块在力，作用下从静止开始沿斜面向上运动，力F始终与斜面平行，如图甲所示。已知小物块和斜面间的动摩擦因数，力F随位移x变化的规律如图乙所示（取沿斜面向上的方向为正向），如果小物块运动12 m时速度恰好为零，已知万有引力常量G =" 6.67" × 10^-11 N·m²/kg²。试求：（计算结果保留一位有效数字）

（1）该星球表面上的重力加速度g的大小；
（2）该星球的平均密度。

如图所示为我国“嫦娥一号卫星”从发射到进入月球工作轨道的过程示意图。

在发射过程中经过一系列的加速和变轨，卫星沿绕地球“48小时轨道”在抵达近地点P时，主发动机启动，“嫦娥一号卫星”的速度在很短时间内由v₁提高到v₂，进入“地月转移轨道”，开始了从地球向月球的飞越。“嫦娥一号卫星”在“地月转移轨道”上经过114小时飞行到达近月点Q时，需要及时制动，使其成为月球卫星。之后，又在绕月球轨道上的近月点Q经过两次制动，最终进入绕月球的圆形工作轨道I。已知“嫦娥一号卫星”质量为m₀，在绕月球的圆形工作轨道I上运动的周期为T，月球的半径r_月，月球的质量为m_月，万有引力恒量为G。
（1）求卫星从“48小时轨道”的近地点P进入“地月转移轨道”过程中主发动机对“嫦娥一号卫星”做的功（不计地球引力做功和卫星质量变化）；
（2）求“嫦娥一号卫星”在绕月球圆形工作轨道I运动时距月球表面的高度；
（3）理论表明：质量为m的物体由距月球无限远处无初速释放，它在月球引力的作用下运动至距月球中心为r处的过程中，月球引力对物体所做的功可表示为。为使“嫦娥一号卫星”在近月点Q进行第一次制动后能成为月球的卫星，且与月球表面的距离不小于圆形工作轨道I的高度，最终进入圆形工作轨道，其第一次制动后的速度大小理论上应满足什么条件？

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。

（由于地球自转的影响，地球表面的重力加速度会随纬度的变化而有所不同：若地球表面两极处的重力加速度大小为g₀，在赤道处的重力加速度大小为g，地球自转的周期为T，引力常量为G，地球可视为质量均匀分布的球体。求： (1)地球半径R；(2)地球的平均密度；
(3)若地球自转速度加快，当赤道上的物体恰好能“飘”起来时，求地球自转周期T'。

我国的“探月工程”计划将在2017年宇航员登上月球.若宇航员登上月球后，以初速度v₀竖直向上拋出一小球，测出小球从抛出到落回原处所需的时间为t 。已知万有引力常量为G、月球的半径为 R ，不考虑月球自转的影响，求：
（1）求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 。

一个质量为1500 kg行星探测器从某行星表面竖直升空，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；如图所示为探测器从发射到落回出发点全过程的速度图象；已知该行星表面没有大气，不考虑探测器总质量的变化；求：

（1）探测器在行星表面上升达到的最大高度；
（2）探测器落回出发点时的速度；
（3）探测器发动机正常工作时的推力。

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。