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一宇航员抵达一半径为R的星球表面后,为了测定该星球的质量M,做如下实验,取一根细...

一宇航员抵达一半径为R的星球表面后,为了测定该星球的质量M,做如下实验,取一根细线穿过光滑的细直管,细线一端栓一质量为m的砝码,另一端连在一固定的测力计上,手握细直管抡动砝码,使它在竖直平面内做完整的圆周运动.停止抡动细直管,砝码可继续在同一竖直平面做完整的圆周运动.如图所示,观察测力计得到,当砝码运动到圆周的最低点时,测力计的读数为F1;当砝码运动到圆周的最高点时,测力计的读数为F2.已知引力常量为G,试根据题中提供的条件和测量结果,求:
(1)该星球表面的重力加速度;
(2)该星球的质量M;
(3)该星球的第一宇宙速度.

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(1)对砝码受力分析,在最高点和最低点时,由向心力的公式和整个过程的机械能守恒可以求得重力加速度的大小; (2)求得星球表面的重力加速度的大小,再由在星球表面时,万有引力和重力近似相等,可以求得星球的质量; (3)根据重力作为向心力,由向心力的公式可以求得星球的第一宇宙速度. 【解析】 (1)设砝码在最高点时细线的拉力为F1,速度为v1,则   F1+mg=m     ① 设砝码在最低点细线的拉力为F2,速度为v2,则   F2-mg=m       ② 由机械能守恒定律得   mg2r+mV12=mV22  ③ 由①、②、③解得   g=    ④ (2)在星球表面,万有引力近似等于重力   G=m′g      ⑤ 由④、⑤解得   M=  (3)由mg=m, 得 V==, 答:(1)该星球表面的重力加速度是 ; (2)该星球的质量M是 ; (3)该星球的第一宇宙速度是.
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考点分析:
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如图所示,水平台面AB距地面的高度h=0.80m.有一滑块从A点以v=6.0m/s的初速度在台面上做匀变速直线运动,滑块与平台间的动摩擦因数μ=0.5.滑块运动到平台边缘的B点后水平飞出.已知AB=2.7m.不计空气阻力,g取10m/s2,求:
(1)滑块从B点飞出时的速度大小;
(2)滑块落地点到平台边缘的水平距离;
(3)滑块落地前瞬间的速度与水平方向的夹角(结果可直接用三角函数表示).

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在“验证机械能守恒定律”的实验中,质量为m的重锤从高处由静止开始下落,重锤上拖着的纸带通过打点计时器所打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量就可以验证机械能守恒定律.
(1)如图所示,选取纸带打出的五个连续点A、B、C、D、E,测出A点距起始点O的距离为S,其余如图,使用电源的频率为f(频率为周期的倒数),则打C点时重锺的速度为______,打点计时器在打C点时重锤的动能为______,打点计时器在打O点和C点的这段时间内重锤重力势能的减少量为______
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(2)实验中发现重锤减少的重力势能略大于重锤增加的动能,其原因主要是因为在重锤带着纸带下落的过程中存在着阻力作用,若已知当地重力加速度的值为g,用(1)小题及题目中给出的已知量表示重锤在下落过程中受到的平均阻力大小为______
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三个同学根据不同的实验条件,进行了“探究平抛运动规律”的实验:
(1)甲同学采用如图(1)所示的装置.用小锤打击弹性金属片,金属片把A球沿水平方向弹出,同时B球被松开,自由下落,观察到两球同时落地,改变小锤打击的力度,即改变A球被弹出时的速度,两球仍然同时落地,这说明   
(2)乙同学采用如图(2)所示的装置.两个相同的弧形轨道M、N,分别用于发射小铁球 P、Q,其中N的末端与可看作光滑的水平板相切;两轨道上端分别装有电磁铁C、D;调节电磁铁C、D的高度,使AC=BD,从而保证小铁球P、Q在轨道出口处的水平初速度v相等,现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上,然后切断电源,使两小铁球能以相同的初速度v同时分别从轨道M、N的下端射出.实验可观察到的现象应是    .仅仅改变弧形轨道M的高度,重复上述实验,仍能观察到相同的现象,这说明   
(3)丙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图(3)所示的“小球做平抛运动”的照片.图中每个小方格的边长为10cm,则由图可求得拍摄时每    s曝光一次,该小球运动到图中位置2时速度大小为    m/s(g取10m/s2).
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如图所示,一轻弹簧左端固定在长木板M的左端,右端与小木块m连接,且m、M及M与地面间摩擦不计.开始时,m和M均静止,现同时对m、M施加等大反向的水平恒力F1
F2,设两物体开始运动以后的整个运动过程中,弹簧形变不超过其弹性限度.对于m、M和弹簧组成的系统( )
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A.由于F1、F2等大反向,故系统机械能守恒
B.当弹簧弹力大小与F1、F2大小相等时,m、M各自的动能最大
C.由于F1、F2大小不变,所以m、M各自一直做匀加速运动
D.由于F1、F2均做正功,故系统的机械能一直增大
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横截面为直角三角形的两个相同斜面紧靠在一起,固定在水平面上,如图所示.它们的竖直边长都是底边长的一半.现有三个小球从左边斜面的顶点以不同的初速度向右平抛,最后落在斜面上.其落点分别是a、b、c.下列判断正确的是( )
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A.图中三小球比较,落在a点的小球飞行时间最短
B.无论小球抛出时初速度多大,落到两个斜面上的瞬时速度都不可能与斜面垂直
C.图中三小球比较,落在c点的小球飞行过程速度变化最快
D.图中三小球比较,落在c点的小球飞行过程速度变化最大
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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