宇航员在一行星上以10 m/s的速度竖直上抛一质量为0.2 kg的物体,不计

宇航员在一行星上以10 m/s的速度竖直上抛一质量为0.2 kg的物体,不计阻力,经2.5 s后落回手中,已知该星球半径为7 220 km。

(1)该星球表面的重力加速度g′多大?

(2)要使物体沿水平方向抛出而不落回星球表面,沿星球表面抛出的速度至少是多大?

(3)若物体距离星球无穷远处时其引力势能为零,则当物体距离星球球心r时其引力势能Ep=(式中m为物体的质量,M为星球的质量,G为万有引力常量)。问要使物体沿竖直方向抛出而不落回星球表面,从星球表面抛出的速度至少是多大?

答案

解:(1)由竖直上抛运动得

g′= m/s2=8 m/s2

(2)要使物体沿水平方向抛出而不落回星球表面,沿星球表面抛出的速度大小至少为第一宇宙速度大小,因为在星球表面附近有mg′ =

所以v1= m/s=7 600 m/s。

(3)由机械能守恒,得 + () = 0 + 0,

因为g′=,所以v2== m/s=7 600 m/s≈10 746 m/s。

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