宇航員在地球上用一根長0.5m細繩拴著一個小球在豎直平面內做圓周運動，用感測器測出小球在最高點時的速度大小v=...

問題詳情：

宇航員在地球上用一根長0.5m細繩拴著一個小球在豎直平面內做圓周運動，用感測器測出小球在最高點時的速度大小v=3m/s及繩上的拉力F=4N．若宇航員將此小球和細繩帶到某星球上，在該星球表面上讓小球也在豎直平面內做圓周運動，用感測器測出在最低點時繩上拉力F1=9N，速度大小v1=2m/s取地球表面重力加速度g=10m/s2，空氣阻力不計．求：

（1）該小球的質量m；

（2）該星球表面附近的重力加速度g′；

（3）已知該星球的半徑與地球半徑之比為R星：R地=1：4，求該星球與地球的第一宇宙速度之比v星：v地．

【回答】

考點：  萬有引力定律及其應用；向心力．

專題：  萬有引力定律的應用專題．

分析：  （1）小球在最高點A時，由重力和繩子的拉力的合力提供向心力，根據牛頓第二定律列出等式求解球的質量m

（2）該星球表面上讓小球也在豎直平面內做圓周運動，在最低點根據合力提供向心力列式，求解星球表面附近的重力加速度．

（3）根據重力近似等於萬有引力，萬有引力提供向心力計算第一宇宙速度，再求比值．

解答：  解：（1）小球在最高點時，根據合力提供向心力得

   mg+F=m

所以

（2）該星球表面上讓小球也在豎直平面內做圓周運動，在最低點根據合力提供向心力，

所以=

（3）在地球表面的物體受到的重力等於萬有引力，

近地衛星做圓周運動的向心力由萬有引力提供，

由上面二式得地球的第一宇宙速度為

同理該星球的第一宇宙速度為

所以

答：（1）該小球的質量m是0.5kg；

（2）該星球表面附近的重力加速度g為2m/s2；

（3）星球與地球的第一宇宙速度之比v星：v地是1：．

點評：  解決本題的關鍵運用牛頓第二定律和掌握萬有引力等於重力解答，要掌握計算第一宇宙速度的方法．

知識點：萬有引力理論的成就

題型：計算題