组卷网 > 高中物理综合库 > 力学 > 万有引力与宇宙航行 > 万有引力定律的应用 > 第一宇宙速度 > 第一宇宙速度的意义及推导
题型:解答题 难度:0.4 引用次数:390 题号:22881893
2024年4月25日神舟十八号载人飞船成功发射,标志着中国载人航天技术已走在世界前列。有人对今后神州系列飞船的发射构想:沿着地球的某条弦挖一通道,并铺设成光滑轨道,在通道的两个出口分别将一物体和飞船同时释放,利用两者碰撞(弹性碰撞)效应,将飞船发射出去,已知地表重力加速度g,地球的半径为R;物体做简谐运动的周期m为物体的质量,k为简谐运动物体的回复力和其离开平衡位置的位移大小之比。
(1)若神州十八号飞船贴近地球表面做匀速圆周运动,则其运行的线速度大小;
(2)如图甲,设想在地球上距地心h处挖一条光滑通道AB,从A点静止释放一个质量为m的物体,求物体从A运动到B点的时间,以及物体通过通道中心O′的速度大小(质量分布均匀的空腔对空腔内的物体的万有引力为零);
(3)如图乙,若通道已经挖好,且,如果在AB处同时释放质量分别为Mm的物体和飞船,他们同时到达O′点并发生弹性碰撞,要使飞船飞出通道口时速度达到第一宇宙速度,Mm应该满足什么关系?

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(1)该行星的质量M是多大?
(2)若该行星的半径为R,则该行星的第一宇宙速度是多大?
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【推荐2】荡秋千杂技表演是大家喜爱的一项活动,随着科技的迅速发展,将来的某一天,同学们也许会在其他星球上观看荡秋千杂技表演,假设你用弹簧秤称出质量为m的物体受到的重力为F、星球半径为R,人的质量为M,秋千质量不计、绳长为l、摆角为(摆角是绳子与竖直方向的夹角,),万有引力常量为G,那么:
(1)该星球的密度多大?该星球表面的第一宇宙速度是多少?
(2)假设人坐在秋千上,把你看作一个质点,从θ角处静止释放,你经过最低点时对秋千的压力是多少?
(3)假设你驾驶飞船在距离星球上空飞行,测出做匀速圆周运动的周期为T,请求出该飞船距离星球表面的高度H
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(1)假设地球可视为一个质量分布均匀且密度为ρ的球体,已知地球的半径为R,引力常量为G,球体的体积公式为,不考虑地球自转的影响,试推导第一宇宙速度v的表达式;
(2)我们已经学过了关于两个质点之间万有引力的大小是,但是在某些特殊情况下,非质点之间的万有引力的计算及其应用,我们利用下面两个已经被严格证明是正确的结论,可以有效地解决问题。
a.质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零。如图1所示,质点m0放置在质量分布均匀的大球壳M0(球壳的厚度也均匀)的空腔之内,那么m0受到M0的引力为零。
b.若质点m放置在质量分布均匀的大球体M之外(),那么它们之间的万有引力为,式中的r为质点m到球心之间的距离;为大球体的半径。利用以上两个结论和(1)中的已知条件,求距离地心为ddR)处,质量为m的质点所受引力的大小Fd
(3)如图2所示,假设沿地轴的方向凿通一条贯穿地球南北两极的小洞,把一个质量为m的小球从北极的洞口由静止状态释放后,小球能够在洞内运动,假设小球只受地球引力的作用,以地心为原点,向北为正方向建立x轴,在图3中画出小球所受引力Fx(-RxR)变化的图像,求出小球在洞内运动过程中的最大速度vm,并说明小球做什么运动。

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