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解答题 适中0.65 引用5 组卷490
已知地球质量为M,引力常量为G.将地球视为半径为R、质量均匀分布的球体.在以下问题的讨论中,空气阻力及地球自转的影响均忽略不计.
(1)物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度,叫做第一宇宙速度.请证明第一宇宙速度的大小
(2)某同学设想从地面以第一宇宙速度的大小竖直上抛一可视为质点的物体,关于物体上升的最大高度,他的解答过程如下:
设物体的质量为m,上升的最大高度为h,重力加速度为g,由机械能守恒定律有:
       又:,所以                                          联立得:

老师说该同学的上述解答是不正确的,请指出上述错误的原因,并分析说明物体上升的最大高度h应该比大还是小?


(3)试分析说明第(2)问中以第一宇宙速度v1竖直上抛至落回抛出点的整个过程中,物体的速度和加速度的变化情况,并以竖直向上为正方向,在图中定性画出物体从抛出到落回抛出点的整个过程中速度随时间变化的v-t图像.
19-20高三上·北京海淀·期中
知识点:第一宇宙速度的意义及推导在地球上空距离地心r=R+h处的重力加速度g' 答案解析 【答案】很抱歉,登录后才可免费查看答案和解析!
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物体在星球附近绕星球做匀速圆周运动的速度,叫作第一宇宙速度(又叫作环绕速度);在星球表面附近发射物体的速度等于或大于,物体就会克服该星球的引力,永远离开该星球,这个速度叫作第二宇宙速度(又叫作逃逸速度)。已知引力常量为G。在以下问题的讨论中,空气阻力及星球自转的影响均忽略不计。
(1)若将地球视为质量均匀分布的球体,已知地球的质量为 M,半径为 R
a.请证明地球的第一宇宙速度的大小
b.某同学设想从地面以第一宇宙速度的大小竖直上抛一个可视为质点的物体,关于该物体上升的最大高度,他的解答过程如下:
设物体的质量为m,上升的最大高度为h,重力加速度为g,由机械能守恒定律有:
,又,所以联立得:
该同学的上述解答是否正确? 若不正确,请指出上述错误的原因,并分析说明物体上升的最大高度 h应该比 大还是小?
(2)由于引力的作用,星球引力范围内的物体具有引力势能。设有一质量分布均匀的星球,质量为 M,半径为 R,当取物体距离星球无穷远处的引力势能为零时,则物体(质量为m)在距离该星球球心为r(rR)处时的引力势能为
天体的质量越大,半径越小,逃逸速度也就越大,其表面的物体就越不容易脱离它的束缚。如果有这样的天体,它的质量非常大,半径又非常小,以至于以的速度传播的光也不能从它的表面逃逸出去,这种天体就称为黑洞。1799年,法国科学家拉普拉斯指出,对于一个质量为 M 的球状物体,当其半径R 小于时,即是一个黑洞。请你根据所给信息并结合所学知识,证明上述结论。
有一颗在赤道平面内绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星,其轨道距地面高为h。已知地球的半径为R,且不考虑地球自转的影响。
(1)若要计算此卫星绕地球做匀速圆周运动的周期,你认为还需要知道哪些物理量?
(2)若已知地球表面处的重力加速度为,求此卫星在轨运动的线速度大小v
(3)若已知地球质量为M,引力常量为G,求此卫星在轨运动的线速度大小v
(4)如果从这颗卫星上发射一个小探测器,发射的速度与卫星在轨运动的线速度大小相等、方向相反。根据运动的相对性可知,探测器发射后其相对地心的线速度为零。
①关于这个探测器落至地面所需要的时间,某同学的解答过程如下:
地面的重力加速度为g,所以根据h=gt2可知,下落的时间t=
老师说该同学的上述解答是不正确的,请指出上述错误的原因,并分析说明探测器下落的时间t应该比该同学所计算的结果大还是小?   
②该探测器被发射出来时其在地面的上的投影为赤道上某一点A,当它落至地面上时,是否能落在赤道上的A点。如果能,请说明理由;如果不能,请说明实际落点在A点的东侧还是西侧。
(5)如果卫星在地面的上的投影位于赤道上某一点B时,从这颗卫星上沿其轨道的切线方向发射一个小探测器,这个小探测器发射后相对于B点的速度为零。请分析说明当它落至地面上时,是否能落在赤道上的B点。如果能,请说明理由;如果不能,请说明实际落点在B点的东侧还是西侧。

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