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)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。
19-20高一下·广东中山·阶段练习 查看更多[2]
更新时间:2020-04-10 15:47:27
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解答题
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较难
(0.4)
名校
【推荐1】我国航天技术水平在世界处于领先地位,对于人造卫星的发射,有人提出了利用“地球隧道”发射人造卫星的构想:沿地球的一条弦挖一通道,在通道的两个出口处分别将等质量的待发射卫星部件同时释放,部件将在通道中间位置“碰撞组装”成卫星并静止下来;另在通道的出口处由静止释放一个大质量物体,大质量物体会在通道与待发射的卫星碰撞,只要物体质量相比卫星质量足够大,卫星获得足够速度就会从对向通道口射出。(以下计算中,已知地球的质量为
,地球半径为
,引力常量为G,可忽略通道AB的内径大小和地球自转影响。)
(1)如图甲所示,将一个质量为
的质点置于质量分布均匀的球形天体内,质点离球心O的距离为r。已知天体内部半径在
之间的“球壳”部分(如甲示阴影部分)对质点的万有引力为零,求质点所受万有引力的大小
。
(2)如图乙所示,设想在地球上距地心h处沿弦长方向挖了一条光滑通道AB,一个质量为m。的质点在离通道中心
的距离为x处,求质点所受万有引力沿弦AB方向的分力
;将该质点从A点静止释放,求质点到达通道中心
处时的速度大小
。
(3)如图丙所示,如果质量为m的待发射卫星已静止在通道中心
处,由A处静止释放另一质量为M的物体,物体到达
处与卫星发生弹性正碰,设M远大于m,计算时可取
。卫星从图丙示通道右侧B处飞出,为使飞出速度达到地球第一宇宙速度,h应为多大?
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(1)如图甲所示,将一个质量为
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(2)如图乙所示,设想在地球上距地心h处沿弦长方向挖了一条光滑通道AB,一个质量为m。的质点在离通道中心
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(3)如图丙所示,如果质量为m的待发射卫星已静止在通道中心
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较难
(0.4)
【推荐2】建立物理模型对实际问题进行分析,是重要的科学思维方法。
(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d(d<R)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F随x(-R≤x≤R)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。
(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
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(2)我们已经学过了关于两个质点之间万有引力的大小是
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/1f698ce0849ec6d3bda557e11817d378.png)
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(
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(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F随x(-R≤x≤R)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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较难
(0.4)
【推荐3】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M和m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,M和m应该满足什么关系?
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(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
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较难
(0.4)
【推荐1】如图所示,与水平地面成
角的平直倾斜轨道与半径为
的竖直光滑圆轨道相切于
点,现一质量为
的物块从斜面距水平地面
处静止滑下,从圆轨道
点水平飞出,落于倾斜轨道
点.已知
和圆轨道圆心
在同一水平面上.取
.求:![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/f5a44dbd0052c2171f3bdd5db87c022f.png)
(1)物块从圆轨道
点水平飞出时的速度.
(2)物块经过
点时对轨道的压力.
(3)从静止滑下到落到
点的整个过程中,摩擦力产生的热量.
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(1)物块从圆轨道
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(2)物块经过
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(3)从静止滑下到落到
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![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/9/27/62e93176-40e0-4600-975b-3ce3e40a2748.png?resizew=298)
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较难
(0.4)
名校
【推荐2】滑板运动是一项刺激的体育运动,深受青少年的喜欢.如图甲所示,是运动员比赛时飞跃障碍物的精彩瞬间,其赛道可以简化为如图乙所示的轨道模型:AB为半径R=2.6m的四分之一圆弧,BC为长为L=2m的水平轨道,CDEF为高度h1=0.75m的梯形平台,斜面CD和EF与水平面的夹角θ均为
,平台中间放置高h2=0.45m的障碍物,滑板与轨道BC、CD、EF之间的动摩擦因数均μ=0.2,轨道各处平滑连接.若某次比赛运动员从A点以速度v0=4m/s下滑,刚好在最高点P沿水平方向飞跃障碍物,后又恰好从E点沿斜面方向滑入斜面EF.运动员与滑板总质量m=60kg,重力加速度g=10m/s2,sin
=0.6,cos
=0.8,不计空气阻力.试求:
(1)飞跃最高点时的速度大小;
(2)运动到圆弧轨道最低点B时,滑板对轨道的压力;
(3)从A点运动到B点克服摩擦阻力所做的功.
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(1)飞跃最高点时的速度大小;
(2)运动到圆弧轨道最低点B时,滑板对轨道的压力;
(3)从A点运动到B点克服摩擦阻力所做的功.
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较难
(0.4)
名校
【推荐3】如图所示,一杂技演员坐在秋千上的摆动过程可简化为单摆的摆动,等效摆长为l。他由A处静止开始向下摆动,通过最低点时,瞬间抓住手边一静止在水平桌面上的水壶,并与水壶一起向上摆动,到达最高点B处。假设水壶与演员在同一竖直平面内运动,水壶可视为质点,不计空气阻力。已知B点到桌面的高度为
,杂技演员质量为M,水壶质量为
,重力加速度为g。
(1)求A点到桌面的高度
;
(2)若杂技演员想刚好回到A处,他通过最低点时瞬间将水壶向B侧水平抛出,求水壶受到的冲量大小I;
(3)若杂技演员和水壶从B处开始往复摆动的过程中,每次通过最低点时,都有人沿运动方向施加推力对他做功,使他动能增加最终能在竖直平面内做完整的圆周运动,求杂技演员和水壶在最低点总共需要增加的最小动能
。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/86163e76653de1f383788b741fb64a8b.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/2664131d106f1cb0b791dbec4d78d928.png)
(1)求A点到桌面的高度
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(2)若杂技演员想刚好回到A处,他通过最低点时瞬间将水壶向B侧水平抛出,求水壶受到的冲量大小I;
(3)若杂技演员和水壶从B处开始往复摆动的过程中,每次通过最低点时,都有人沿运动方向施加推力对他做功,使他动能增加最终能在竖直平面内做完整的圆周运动,求杂技演员和水壶在最低点总共需要增加的最小动能
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