一宇航员到达半径为R,密度均匀的某星球表面,做如下实验,用不可伸长的轻绳拴一质量为m的小球,上端固定在O点,如图甲所示,在最低点给小球某一初速度,使其绕O点在竖直平面

◎ 题目

一宇航员到达半径为R,密度均匀的某星球表面,做如下实验,用不可伸长的轻绳拴一质量为m的小球,上端固定在O点,如图甲所示,在最低点给小球某一初速度,使其绕O点在竖直平面内做圆周运动,测得绳的拉力大小随时间t的变化规律如图乙所示,F1=7F2,设R、m、引力常量G、F1、F2均为己知量,忽略各种阻力,以下说法正确的是(  )
A.小球在最高点的最小速度为零
B.卫星绕该星的第一宇宙速度为

RF2
m
C.该星球表面的重力加速度为
F1
7m
D.星球的质量为
F2R2
Gm

◎ 答案

A、小球在最高点受重力和绳子拉力,根据牛顿运动定律得:
F2+mg=m
v22
R
≥mg
所以小球在最高点的最小速v2

gR
.故A错误;
B、设砝码在最低点时细线的拉力为F1,速度为v1,则
F1-mg=m
v12
R

设砝码在最高点细线的拉力为F2,速度为v2,则
F2+mg=m
v22
R

由机械能守恒定律得 mg2r+
1
2
mv22=
1
2
mv12
由①、②、③解得
g=
F1-F2
6m

又:F1=7F2
所以该星球表面的重力加速度为g=
F1
7m
=
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