一宇航员抵达一半径为R的星球表面后,为了测定该星球的质量M,做如下实验,取一根细线穿过光滑的细直管,细线一端栓一质量为m的砝码,另一端连在一固定的测力计上,手握细直

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 向心力/2022-09-29 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

一宇航员抵达一半径为R的星球表面后,为了测定该星球的质量M,做如下实验,取一根细线穿过光滑的细直管,细线一端栓一质量为m的砝码,另一端连在一固定的测力计上,手握细直管抡动砝码,使它在竖直平面内做完整的圆周运动.停止抡动细直管,砝码可继续在同一竖直平面做完整的圆周运动.如图所示,观察测力计得到,当砝码运动到圆周的最低点时,测力计的读数为F1;当砝码运动到圆周的最高点时,测力计的读数为F2.已知引力常量为G,试根据题中提供的条件和测量结果,求:
(1)该星球表面的重力加速度;
(2)该星球的质量M;
(3)该星球的第一宇宙速度.
魔方格

◎ 答案

(1)设砝码在最高点时细线的拉力为F1,速度为v1,则
  F1+mg=m
V21
R
     ①
设砝码在最低点细线的拉力为F2,速度为v2,则
  F2-mg=m
V22
R
       ②
由机械能守恒定律得
  mg2r+
1
2
mV12=
1
2
mV22  ③
由①、②、③解得
  g=
F2-F1
6m
    ④
(2)在星球表面,万有引力近似等于重力
  G
Mm
R2
=m′g      ⑤
由④、⑤解得
  M=
(F2-F1)R2 
6mG
 
(3)由mg=m
V2
R

得 V=

gR
=

(F2-F1)R 
6m

答:(1)该星球表面的重力加速度是
F2-F1
6m

(2)该星球的质量M是
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