Question

4．假設某星球表面上有一傾角為θ=37°的固定斜面，一質量為m=2.0kg的小物塊從斜面底端以速度9m/s沿斜面向上運動，小物塊運動1.5s時速度恰好為零．已知小物塊和斜面間的動摩擦因數為0.5，該星球半徑為R=6.0×10³km．（sin37°=0.6．cos37°=0.8），試求：
（1）該星球表面上的重力加速度g的大�。�
（2）該星球的第一宇宙速度．

Answer 1

分析 （1）根據速度時間公式求出勻減速直線運動的加速度，結合牛頓第二定律求出星球表面的重力加速度g．
（2）根據萬有引力提供向心力，以及萬有引力等于重力求出該星球的第一宇宙速度．

解答 解：（1）對物體受力分析：
可知：mgsinθ+μmgcosθ=ma
由運動學可知：$a=\frac{△v}{△t}=\frac{9-0}{1.5}=6m/{s^2}$
聯立可得：g=6.0m/s²
（2）對地球表面的物體：$\frac{GMm}{R^2}=mg$
對地球表面衛(wèi)星：$\frac{GMm}{R^2}=m\frac{v^2}{R}$
故：$v=\sqrt{gR}$
代入數據得  v=6.0×10³m/s．
答：（1）該星球表面上的重力加速度g的大小為6.0m/s²；
（2）該星球的第一宇宙速度為6.0×10³m/s．

點評 本題考查了牛頓第二定律與萬有引力理論的綜合運用，掌握萬有引力定律的兩個重要理論：1、萬有引力等于重力，2、萬有引力提供向心力，并能靈活運用．