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在半径R=5000km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...

在半径R=5000km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=0.2kg的小球,从轨道AB上高H处的某点静止滑下,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:
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(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.
(1)小球从A到C运动的过程中,只有重力做功,机械能守恒,根据机械能守恒定律和牛顿第二定律求出小球对轨道C点的压力与H的关系式,然后结合F-H图线求出圆轨道的半径和星球表面的重力加速度. (2)第一宇宙速度与贴着星球表面做匀速圆周运动的速度相等,根据万有引力等于重力mg=m求出该星球的第一宇宙速度. 【解析】 (1)小球过C点时满足F+mg=m   又根据mg(H-2r)=mvC2       联立解得F=H-5mg           由题图可知:H1=0.5 m时F1=0;H2=1.0 m时F2=5 N; 可解得g=5 m/s2      r=0.2 m       故圆轨道的半径为0.2m,月球表面的重力加速度为5m/s2. (2)据m=mg          可得v==5×103 m/s. 故星球的第一宇宙速度为5×103m/s.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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