高中物理万有引力定律及其应用试题

2013年6月我国宇航员在天宫一号空间站中进行了我国首次太空授课活动，其中演示了太空“质量测量仪”测质量的实验，助教聂海胜将自己固定在支架一端，王亚平将连接运动机构的弹簧拉到指定位置，如图所示；松手后，弹簧凸轮机构产生恒定的作用力，使弹簧回到初始位置，同时用光栅测速装置测量出支架复位时的速度和所用时间；这样，就测出了聂海胜的质量为74kg；下列关于“质量测量仪”测质量的说法正确的是(      )

A．测量时仪器必须水平放置	B．其测量原理根据牛顿第二定律
C．其测量原理根据万有引力定律	D．测量时仪器必须竖直放置

如图所示，有一个质量为M，半径为R，密度均匀的大球体。从中挖去一个半径为的小球体，并在空腔中心放置一质量为m的质点，则大球体的剩余部分对该质点的万有引力大小为（已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零）

A．0

B．

C．

D．

某宇航员在一星球表面附近高度为H处以速度v₀水平抛出一物体，经过一段时间后物体落回星球表面，测得该物体水平位移为x，已知星球半径为R，万有引力常量为G．不计空气阻力，求：
（1）该星球质量M；
（2）该星球第一宇宙速度大小v．

设地球半径为R，a为静止在地球赤道上的一个物体，b为一颗近地绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，c为地球的一颗同步卫星，其轨道半径为r。下列说法中正确的是(   )

A．a与c的线速度大小之比为

B．a与c的线速度大小之比为

C．b与c的周期之比为

D．b与c的周期之比为

如图所示，双星系统中的星球A、B都可视为质点，A、B绕两者连线上的O点做匀速圆周运动，A、B之间距离不变，引力常量为G，观测到A的速率为v、运行周期为T，A、B的质量分别为m_A、m_B．

（1）求B的周期和速率．
（2）A受B的引力F_A可等效为位于O点处质量为m′的星体对它的引力，试求m′．（用m_A、m_B表示）（ ）

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r，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'．

“轨道康复者”是“垃圾”卫星的救星，被称为“太空110”，它可在太空中给“垃圾”卫星补充能源，延长卫星的使用寿命，假设“轨道康复者”的轨道半经为地球同步卫星轨道半径的五分之一，其运动方向与地球自转方向一致，轨道平面与地球赤道平面重合，下列说法正确的是（ ）

A．“轨道康复者”的加速度是地球同步卫星加速度的25倍

B．“轨道康复者”的速度是地球同步卫星速度的倍

C．站在赤道上的人观察到“轨道康复者”向西运动

D．“轨道康复者”可在高轨道上加速，以实现对低轨道上卫星的拯救

同步卫星轨道半径为r，运行速率为v₁，加速度为a₁；地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a₂；第一宇宙速度为v₂；地球半径为R．则下列关系式正确的是（ ）

A．=

B．=（）^2

C．=

D．=

已知引力常量G和下列备组数据，不能计算出地球质量的是（ ）

A．地球绕太阳运行的周期及地球离太阳的距离

B．月球绕地球运行的周期及月球离地球的距离

C．人造卫星在地面附近绕行的速度和运行周期

D．若不考虑地球自转，已知地球的半径及重力加速度

“轨道康复号”是“垃圾卫星”的救星，它可在太空中给“垃圾卫星”补充能量，延长卫星的使用寿命。一颗“轨道康复号”正在地球赤道平面内的圆周轨道上运行，运行方向与地球自转方向一致。轨道半径为地球同步卫星轨道半径的，则

A．“轨道康复号”相对于地球赤道上的城市向西运动

B．“轨道康复号”的加速度是地球同步卫星加速度的4倍

C．“轨道康复号”的周期是地球同步卫星周期的倍

D．“轨道康复号”每经过天就会再赤道同一城市的正上方出现

太阳系中的九大行星绕太阳公转的轨道均可视为圆，不同行星的轨道平面均可视为同一平面。如图所示，当地球外侧的行星运动到日地连线上，且和地球位于太阳同侧时，与地球的距离最近，我们把这种相距最近的状态称为行星与地球的“会面”。若每过N₁年，木星与地球“会面”一次，每过N₂年，天王星与地球“会面”一次，则木星与天王星的公转轨道半径之比为

A．

B．

C．

D．

1798年英国物理学家卡文迪许测出万有引力常量G，因此卡文迪许被人们称为能称出地球质量的人，若已知万有引力常量G，地球表面处的重力加速度g，地球半径为R，地球上一个昼夜的时间为T1（地球自转周期），一年的时间T₂（地球公转的周期），地球中心到月球中心的距离L1，地球中心到太阳中心的距离为L₂．你可估算出（         ）

A．地球的质量	B．太阳的质量
C．月球的质量	D．可求月球、地球及太阳的密度

下列说法正确的是(      )

A．丹麦天文学家第谷通过长期的天文观测，指出所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，揭示了行星运动的有关规律

B．卫星轨道必为圆形，卫星运行速度总不超过7.9km/s

C．卫星运行速度与卫星质量无关

D．卫星轨道可以与纬度不为零的某条纬线在同一平面内

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）

如图为“高分一号”卫星与北斗导航系统中的“G₁”卫星，在空中某一平面内绕地心O做匀速圆周运动的示意图。已知卫星“G₁”的轨道半径为r，地球表面的重力加速度为g，地球半径为R，万有引力常量为G。则（    ）

A．“高分一号”的加速度大于卫星“G1”的加速度

B．“高分一号”的运行速度大于第一宇宙速度

C．卫星“G1”的周期为

D．地球的质量为