题目内容

已知火星半径R火=
1
2
R地,火星质量M火=
1
9
M地,地球表面的重力加速度g=10m/s2,问:
(1)火星表面处的重力加速度与地球表面处的重力加速度之比为多大?
(2)在地球表面以某一初速度竖直上抛一小球,上升的最大高度为1.5m,在火星上以同样的初速度竖直上抛,该小球上升的最大高度为多大?
(3)若在火星表面发射一颗人造卫星,则火星表面人造卫星的速率与地球表面人造卫星的速率之比为多少?
分析:(1)由星体表面万有引力等于重力,可得火星和地球的重力加速度之比.
(2)依据竖直上抛规律,由v2=2gh,可得在火星上面的上抛高度.
(3)由万有引力提供向心力的速度表达式,可得卫星在火星和地球的速率之比.
解答:解:
(1)星体表面万有引力等于重力,则有:
G
M地m
R
2
地
=mg地…①
G
M火m
R
2
火
=mg火…②
由①②得:
g火
g地
=
M火
M地
(
R地
R火
)2
=
1
9
×4
=
4
9
     
(2)由运动学:
v
2
地
=2g地h地…③
v
2
火
=2g火h火…④
由③④得:
h火═
g地
g火
h地
=
9
4
×1.5m
=3.375m      
(3)由万有引力提供向心力:
G
M地m
R
2
地
=m
v
2
地
R地
…⑤
G
M火m
R
2
火
=m
v
2
火
R火
…⑥
由⑤⑥得:
v火
v地
=
M火
M地
R地
R火
=
1
9
×
2
=
2
3

答:
(1)火星表面处的重力加速度与地球表面处的重力加速度之比为4:9;
(2)在地球表面以某一初速度竖直上抛一小球,上升的最大高度为1.5m,在火星上以同样的初速度竖直上抛,该小球上升的最大高度为3.375m;      
(3)若在火星表面发射一颗人造卫星,则火星表面人造卫星的速率与地球表面人造卫星的速率之比为
2
:3
.
点评:通过本题重点掌握:一、星体表面万有引力等于重力.二、灵活选取公式,适当变形解答万有引力提供向心力的应用问题.
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