设地球的质量为M.半径为R.则环绕地球飞行的第一宇宙速度v的表达式为 ,某行星的质量约为地球质量的.半径约为地球半径的.那么在此行星上的“第一宇宙速度与地球上的第一宇宙速度之比为．题目和参考答案——青夏教育精英家教网——

题目内容

设地球的质量为M，半径为R，则环绕地球飞行的第一宇宙速度v的表达式为________；某行星的质量约为地球质量的，半径约为地球半径的，那么在此行星上的“第一宇宙速度”与地球上的第一宇宙速度之比为________(已知万有引力常量为G)．

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神舟五号载人飞船进入太空，标志着我国的太空实验研究进入了一个新的阶段．我国目前有西昌、太原、酒泉三个卫星发射中心，现正在海南岛新建第四个卫星发射中心．
（1）为了充分利用地球自转的速度，人造卫星发射时，火箭都是从西向东发射的．考虑这个因素，火箭发射场应建在纬度较

填高或低）的地方较好．
（2）关于人造地球卫星及其中物体的超重、失重问题，下列说法中不正确的是

A．在发射过程中向上加速时产生超重现象
B．在降落过程中向下减速时产生失重现象
C．进入轨道时作匀速圆周运动时，产生完全失重现象
D．失重是由于地球对卫星内物体作用力减小而引起的
（3）在进入圆轨道的空间实验室里，能进行的实验操作有

．
A．用弹簧秤测重力 B．用水银温度计测温度
C．用天平测质量　D．用钩码探究弹力和弹簧伸长的关系
（4）火箭发射卫星的开始阶段是竖直升空，设向上的加速度为a=5m/s²，卫星中用弹簧秤悬挂一个质量m=9kg的物体．当卫星升空到某高处时，弹簧秤的示数为85N，那么此时卫星距地面的高度是多少千米？（地球半径取R=6400km，g=10m/s²）

（2009?天津）2008年12月，天文学家们通过观测的数据确认了银河系中央的黑洞“人马座A*”的质量与太阳质量的倍数关系．研究发现，有一星体S2绕人马座A*做椭圆运动，其轨道半长轴为9.50×10²天文单位（地球公转轨道的半径为一个天文单位），人马座A*就处在该椭圆的一个焦点上．观测得到S2星的运行周期为15.2年．
（1）若将S2星的运行轨道视为半径r=9.50×10²天文单位的圆轨道，试估算人马座A*的质量M_A是太阳质量M_s的多少倍（结果保留一位有效数字）；
（2）黑洞的第二宇宙速度极大，处于黑洞表面的粒子即使以光速运动，其具有的动能也不足以克服黑洞对它的引力束缚．由于引力的作用，黑洞表面处质量为m的粒子具有势能为E_p=-G

（设粒子在离黑洞无限远处的势能为零），式中M、R分别表示黑洞的质量和半径．已知引力常量G=6.7×10^-11N?m²/kg²，光速c=3.0×10⁸m/s，太阳质量M_s=2.0×10³⁰kg，太阳半径R_s=7.0×10⁸m，不考虑相对论效应，利用上问结果，在经典力学范围内求人马座A*的半径R_A与太阳半径R_g之比应小于多少（结果按四舍五入保留整数）．

我国航天技术世界领先，天宫、神八相继发射成功，由此激发了我们对地球运动的深入研究．设地球和太阳的质量分别为m和M，地球绕太阳作椭圆运动，轨道的半长轴为a，半短轴为b，如图所示．（已知：地球的势能为-

其中r是地球与太阳的距离），试求
（1）由能量与行星运动规律写出，地球在椭圆顶点A、B、C三点的运动速度v_A，v_B，v_C有关的方程组．
（2）由（1）有关的方程组求出地球在椭圆顶点A、B、C三点的运动速度v_A，v_B，v_C．
（3）求出地球运动轨迹在A、C两点的曲率半径ρ_A、ρ_C．
（以上有关结果由G、M、m、a、b表示）

（14分）

（1）开普勒行星运动第三定律指出：行星绕太阳运动的椭圆轨道的半长轴a的三次方与它的公转周期T的二次方成正比，即，k是一个对所有行星都相同的常量。将行星绕太阳的运动按圆周运动处理，请你推导出太阳系中该常量k的表达式。已知引力常量为G，太阳的质量为M_太。

（2）开普勒定律不仅适用于太阳系，它对一切具有中心天体的引力系统（如地月系统）都成立。经测定月地距离为3.84×10⁸m，月球绕地球运动的周期为2.36×10⁶S，试计算地球的质M_地。（G=6.67×10^-11Nm²/kg²，结果保留一位有效数字）

【解析】：（1）因行星绕太阳作匀速圆周运动，于是轨道的半长轴a即为轨道半径r。根据万有引力定律和牛顿第二定律有

①

于是有 ②

即 ③

（2）在月地系统中，设月球绕地球运动的轨道半径为R，周期为T，由②式可得

④

解得 M_地=6×10²⁴kg ⑤

（M_地=5×10²⁴kg也算对）

23．【题文】（16分）

如图所示，在以坐标原点O为圆心、半径为R的半圆形区域内，有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度为B，磁场方向垂直于xOy平面向里。一带正电的粒子（不计重力）从O点沿y轴正方向以某一速度射入，带电粒子恰好做匀速直线运动，经t₀时间从P点射出。

（1）求电场强度的大小和方向。

（2）若仅撤去磁场，带电粒子仍从O点以相同的速度射入，经时间恰从半圆形区域的边界射出。求粒子运动加速度的大小。

（3）若仅撤去电场，带电粒子仍从O点射入，且速度为原来的4倍，求粒子在磁场中运动的时间。