题目内容
2.同重力场作用下的物体具有重力势能一样,万有引力场作用下的物体同样具有引力势能.若取无穷远处引力势能为零,物体距星球球心距离为r时的引力势能为Ep=-G$\frac{{m}_{0}m}{r}$(G为引力常量),设宇宙中有一个半径为R的星球,宇航员在该星球上以初速度v0竖直向上抛出一个质量为m的物体,不计空气阻力,经t秒后物体落回手中.(1)求该星球的第一宇宙速度;
(2)在该星球表面以多大的初速度竖直抛出一个物体,物体将不再落回星球表面.
分析 (1)宇航员在该星球上以初速度v0竖直向上抛出一个质量为m的物体,物体是竖直上抛运动,根据速度时间关系公式列式求解重力加速度;然后根据重力等于向心力列式求解第一宇宙速度;
(2)根据能量守恒定律列式求解即可.
解答 解:(1)设该星球表面附近的重力加速度为g′,物体竖直上抛运动有:v0=$\frac{g′t}{2}$,故:
g′=$\frac{2{v}_{0}}{t}$
设绕星球表面做圆周运动的卫星的速度为v1,则:
mg′=m$\frac{{v}_{1}^{2}}{R}$
联立解得:
v1=$\sqrt{\frac{2{v}_{0}R}{t}}$
(2)从星球表面竖直抛出物体至无穷远速度为零的过程,有:
$\frac{1}{2}$mv${\;}_{0}^{2}$+Ep=0
即$\frac{1}{2}$mv${\;}_{0}^{2}$=G$\frac{m{m}_{0}}{R}$
解得:
v2=2$\sqrt{\frac{{v}_{0}R}{t}}$
答:(1)该星球的第一宇宙速度为$\sqrt{\frac{2{v}_{0}R}{t}}$;
(2)在该星球表面以2$\sqrt{\frac{{v}_{0}R}{t}}$的初速度竖直抛出一个物体,物体将不再落回星球表面.
点评 解决本题的关键理解第一宇宙速度,掌握竖直上抛运动的规律,并能读懂题给予的信息,运用能量守恒求解速度问题.
练习册系列答案
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13.
如图所示为一空腔导体周围的电场线分布,电场方向如图中箭头所示,M、N、P、Q是以O为圆心的一个圆周上的四点,其中M、N在一条直线电场线上,P、Q在一条曲线电场线上,下列说法正确的有( )
| A. | M点的电场强度比N点的电场强度小 | |
| B. | P点的电势比Q点的电势低 | |
| C. | 负电荷在P点的电势能小于其在Q点的电势能 | |
| D. | M、0间的电势差等于O、N间的电势差 |
7.下列说法中正确的是( )
| A. | 由R=$\frac{U}{I}$可得导体的电阻与导体两端的电压成正比,与通过导体的电流成反比 | |
| B. | 由I=$\frac{U}{R}$可得通过导体的电流与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比 | |
| C. | 铜的电阻率会随着温度的升高而减小 | |
| D. | 两个电阻并联之后总电阻比原来任一个都小 |
11.下列说法正确的是( )
| A. | 卢瑟福用实验得出原子核具有复杂的结构 | |
| B. | 玻尔认为,氢原子中电子轨道是量子化的,能量也是量子化的 | |
| C. | 重核的裂变过程质量增大,轻核的聚变过程有质量亏损 | |
| D. | 将放射性元素掺杂到其它稳定元素中,并降低其温度,该元素的半衰期不变 | |
| E. | 光电效应实验中,遏止电压与入射光的频率有关 |
12.
如图所示,质量为m的小球穿在足够长的水平固定直杆上处于静止状态,现对小球同时施加水平向右的恒力F0和竖直向上的力F,使小球从静止开始向右运动,其中竖直向上的力F大小始终与小球的速度成正比,即F=kv(图中未标出).已知小球与杆间的动摩擦因数为μ,下列说法中正确的是( )
| A. | 小球先做加速度增大的加速运动,后做加速度减小的加速运动,直到最后做匀速运动 | |
| B. | 小球先做加速度减小的加速运动,后做加速度增大的减速运动直到静止 | |
| C. | 小球的最大加速度为$\frac{{F}_{0}}{m}$ | |
| D. | 小球的最大速度为$\frac{{F}_{0}+μmg}{μk}$,恒力F0的最大功率为$\frac{{{F}_{0}}^{2}+{F}_{0}μmg}{μk}$ |