航天宇航员在月球表面完成了如下实验:如图所示,在月球表面固定一竖直光滑圆形轨道,在轨道内的最低点,放一可视为质点的小球,

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  • 解题思路:由于小球恰好经过最高点,根据重力提供向心力,可求出在最高点的速度;小球在轨道内部运动过程中,只有重力做功,由动能定理列式可求出月球表面重力加速度g,根据重力提供向心力,可求出最小发射速度.

    设月球表面重力加速度为g,月球质量为M.

    球刚好完成圆周运动,则小球在最高点有mg=

    mv2

    r…①

    从最低点至最高点由动能定理得-mg•2r=[1/2]mv2-[1/2]m

    v20…②

    由①②可得;g=

    v20

    5r

    在月球表面发射卫星的最小速度为月球第一宇宙速度,重力提供向心力:m′g=m′

    v2

    R

    解得:v=

    gr=

    v0

    5r

    5Rr

    答:月球表面上发射一颗环月卫星最小发射速度是

    v0

    5r

    5Rr.

    点评:

    本题考点: 万有引力定律及其应用;人造卫星的加速度、周期和轨道的关系.

    考点点评: 本题涉及两个圆周运动,小球在光滑轨道内运动时,在最高点重力提供向心力;卫星在月球表面做圆周运动时,重力提供向心力.

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