题目内容

【题目】近年来,我国大力发展航空航天事业,并取得了巨大成就。我国在20世纪发射了“天宫一号”,这是中国太空空间站的雏形,也预示着中国空间站的开端,在2016年,中国的“天宫二号”作为空间站的建立组成部件成功发射。我国专家预计在2024年中国将直接跳过“天宫三号”而建立空间站,到那个时候,我们不仅要登月球,探火星,还会飞向更深、更远的宇宙太空。若在不久的将来,我国宇航员发现了一颗未知星球,并成功在该星球上着陆。已知这颗星球的半径为R=5000km,为测得该星球表面的重力加速度和该星球的第一宇宙速度,做了如下实验:在星球表面建立如图甲所示的实验装置,该装置由竖直平面内的光滑轨道AB和光滑圆弧轨道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,F随H的变化关系如图乙所示,求:

(1)该星球表面的重力加速度;

(2)该星球的第一宇宙速度大小。

【答案】(1)(2)

【解析】

(1)设圆弧轨道BC的半径为r,

小球过C点时满足: ①

从出发点到C点由机械能守恒定律得: ②

联立① ②解得: ③

由图乙可知:当时,;

当时,;

代入③可解得 ,

(2)第一宇宙速度是最大的环绕速度,则: ④

可得 。

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