题目内容

【题目】宇宙员在月球表面完成下面实验:如图所示,在一固定的竖直光滑圆弧轨道内部最低点静止一质量为m的小球(可视为质点),现突然给小球一瞬间水平初速度v0,刚好能使小球在竖直面内做完整圆周运动. 已知圆弧轨道半径为,月球的半径为R,万有引力常量为G.若在月球表面上发射一颗环月卫星,所需最小发射速度为多大?

【答案】

【解析】试题分析由于小球恰好经过最高点,根据重力提供向心力,可求出在最高点的速度;小球在轨道内部运动过程中,只有重力做功,由动能定理列式可求出月球表面重力加速度g,根据重力提供向心力,可求出最小发射速度。

设月球表面重力加速度为g,月球质量为M

球刚好完成圆周运动,则小球在最高点有

从最低点至最高点由动能定理得

由以上可得

在月球表面发射卫星的最小速度为月球第一宇宙速度,

重力提供向心力

解得:

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