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    宇航员在某星球表面以初速度v0竖直向上抛出一个物体,物体上升的最大高度为h.已知该星球的半径为R,且物体只受该星球引力作用.
    (1)求该星球表面的重力加速度;
    (2)如果要在这个星球上发射一颗贴近它表面运行的卫星,求该卫星做匀速圆周运动的线速度和周期.
    本题信息:物理问答题难度较难 来源:未知
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本试题 “宇航员在某星球表面以初速度v0竖直向上抛出一个物体,物体上升的最大高度为h.已知该星球的半径为R,且物体只受该星球引力作用.(1)求该星球表面的重力加速...” 主要考查您对

竖直上抛运动

向心力

万有引力定律的其他应用

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  • 竖直上抛运动
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竖直上抛运动:

将物体以一定初速度沿竖直方向向上抛出,物体只在重力作用下运动(不考虑空气阻力作用),叫做竖直上抛运动。

竖直上抛运动的公式:
vt=v0-gt;h=v0t-gt2;速度位移公式:vt2-v02=-2gh。

运动特征:

①运动到最高点v=0,a=-g(取竖直向下方向为正方向);
②能上升的最大高度hmax=
③质点在通过同一高度位置时,上升速度与下落速度大小相等;物体在通过一段高度过程中,上升时间与下落时间相等,
④物体只受重力作用,具有竖直向上的初速度。

运动性质:

初速度不为零的匀变速直线运动。


竖直上抛的处理方法:

1、分段处理法:

①上升阶段:已知v0,a=-g,vt=0的匀减速直线运动,取向上为正方向较方便。所以运动规律为
    
    故,上升时间,最大高度

②最高点v=0,可是不处于静止状态,因为a=g。

③下降阶段:自由落体运动,取向下为正方向较方便。
      

2、对称性:

①竖直上抛的物体上抛达到最大高度与从这一高度落回抛出点所用的时间相等。

②竖直上抛物体在上升和下落过程中经过同一位置时的速度大小相等方向相反。

3、V-t图像:

4、整体分析法:

将全过程看成是加速度为-g的匀变速直线运动,应用公式

(1)s为正,表示质点在抛出点的上方,s为负表示在抛出点的下方。

(2)由同一s求出的t、可能有两个解,要注意分清其意义。

(3)算出的vt>0表示物体在向上过程中,vt<0表示物体在向下过程中;s>0表示物体在抛出点上方,s<0表示物体在抛出点下方.


向心力的定义:

在圆周运动中产生向心加速度的力。


向心力的特性:

1、向心力
总是指向圆心,产生向心加速度,向心力只改变线速度的方向,不改变速度的大小,大小,方向总是指向圆心(与线速度方向垂直),方向时刻在变化,是一个变力。向心力可以由某个具体力提供,也可以由合力提供,还可以由分力提供。
2、轻绳模型
Ⅰ、轻绳模型的特点:
①轻绳的质量和重力不计;
②可以任意弯曲,伸长形变不计,只能产生和承受沿绳方向的拉力;
③轻绳拉力的变化不需要时间,具有突变性。

Ⅱ、轻绳模型在圆周运动中的应用
小球在绳的拉力作用下在竖直平面内做圆周运动的临界问题:
①临界条件:小球通过最高点,绳子对小球刚好没有力的作用,由重力提供向心力:

②小球能通过最高点的条件:(当时,绳子对球产生拉力)
③不能通过最高点的条件:(实际上小球还没有到最高点时,就脱离了轨道)
3、轻杆模型:
Ⅰ、轻杆模型的特点:
①轻杆的质量和重力不计;
②任意方向的形变不计,只能产生和承受各方向的拉力和压力;
③轻杆拉力和压力的变化不需要时间,具有突变性。

Ⅱ、轻杆模型在圆周运动中的应用
轻杆的一端连着一个小球在竖直平面内做圆周运动,小球通过最高点时,轻杆对小球产生弹力的情况:
①小球能通过最高点的临界条件:(N为支持力)
②当时,有(N为支持力)
③当时,有(N=0)
④当时,有(N为拉力)


知识点拨:
向心力是从力的作用效果来命名的,因为它产生指向圆心的加速度,所以称它为向心力。它不是具有确定性质的某种类型的力。相反,任何性质的力都可以作为向心力。实际上它可是某种性质的一个力,或某个力的分力,还可以是几个不同性质的力沿着半径指向圆心的合外力。对一个物体进行受力分析的时候,是不需要画向心力的,向心力是效果力。


知识拓展:
对于向心力的理解,同学们可以切身的体会一下。两个同学手拉手,甲同学原地,乙同学绕着甲同学转,甲同学给乙同学的拉力就是向心力,当拉力大于向心力的时候,乙同学向心(甲同学)运动,当拉力小于向心力的时候,乙同学做离心运动。

万有引力定律的其他应用:

万有引力定律:(G=6.67×10-11 N·m2/kg2),万有引力定律在天文学中的应用:
1、计算天体的质量和密度;
2、人造地球卫星、地球同步卫星、近地卫星;
3、发现未知天体;
4、分析重力加速度g随离地面高度h的变化情况;
①物体的重力随地面高度h的变化情况:物体的重力近似地球对物体的吸引力,即近似等于,可见物体的重力随h的增大而减小,由G=mg得g随h的增大而减小。
②在地球表面(忽略地球自转影响):(g为地球表面重力加速度,r为地球半径)。
③当物体位于地面以下时,所受重力也比地面要小,物体越接近地心,重力越小,物体在地心时,其重力为零。
5、双星问题:天文学上把两颗相距比较近,又与其他星体距离比较远的星体叫做双星。双星的间距是一定的,它们绕二者连线上的同一点分别做圆周运动,角速度相等。以下图为例


由以上各式解得:
6、黄金代换公式:GM=gR2


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