题目内容

4.已知地球质量大约是月球质量的81倍,地球半径大约是月球半径的4倍.如图所示,假设甲、乙两个完全相同的斜面分别固定在地球和月球的水平地面上,将相同的小球从斜面上的同一点O处,以相同的初速度v0沿水平方向抛出,分别落在甲、乙斜面上的M、N两点(图中未画出),不计空气阻力,不考虑地球、月球自转的影响,由以上条件可知(  )
A.地球表面重力加速度与月球表面重力加速度之比为9:4
B.小球从抛出到落在M点的时间大于小球从抛出到落在N点的时间
C.靠近地球表面沿圆轨道运行的航天器的周期与靠近月球表面沿圆轨道运行的航天器的周期之比约为8:9
D.小球从抛出到落在M点与小球从抛出到落在N点的过程中,重力对小球做的功相同

分析 根据万有引力等于重力,求出地球表面和月球表面的重力加速度之比.根据平抛运动的规律求出小球的时间关系.根据重力等于向心力,列式分析靠近地球和月球表示运行的航天器的周期之比.由W=mgh分析重力做功关系.

解答 解:A、根据在天体表面上,物体重力等于万有引力,得 mg=G$\frac{Mm}{{R}^{2}}$
得 g=$\frac{GM}{{R}^{2}}$
可得,地球表面重力加速度与月球表面重力加速度之比为 g地:g月=$\frac{G{M}_{地}}{{R}_{地}^{2}}$:$\frac{G{M}_{月}}{{R}_{月}^{2}}$=81:16,故A错误.
B、小球做平抛运动,将平抛运动分解为水平和竖直方向,设水平位移为x,竖直位移为y,根据几何关系有
  tanθ=$\frac{y}{x}$=$\frac{\frac{1}{2}g{t}^{2}}{{v}_{0}t}$,得t=$\frac{2{v}_{0}tanθ}{g}$∝$\frac{1}{g}$,所以t地:t月=g月:g地=16:81,即小球从抛出到落在M点的时间小于小球从抛出到落在N点的时间,故B错误.
C、对于靠近天体的航天器,由mg=m$\frac{4{π}^{2}}{{T}^{2}}$R得 T=2π$\sqrt{\frac{R}{g}}$
则得,靠近地球表面沿圆轨道运行的航天器的周期与靠近月球表面沿圆轨道运行的航天器的周期之比 T地:T月=2π$\sqrt{\frac{{R}_{地}}{{g}_{地}}}$:2π$\sqrt{\frac{{R}_{月}}{{g}_{月}}}$=8:9,故C正确.
D、重力所做的功为 W=mgh=mg($\frac{1}{2}g{t}^{2}$)=$\frac{1}{2}m{g}^{2}$($\frac{2{v}_{0}tanθ}{g}$)2=2mv02tan2θ,小球的质量相同,初速度相同,斜面θ相同,则重力对小球做的功相同.故D正确.
故选:CD

点评 本题将万有引力定律和平抛运动综合考查,关键是抓住重力近似等于万有引力,来求出重力加速度之比,平抛运动根据运动的合成与分解处理.

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