问题 问答题

如图所示,火箭栽着宇宙探测器飞向某行星,火箭内平台上还放有测试仪器.火箭从地面起飞时,以加速度

g0
2
竖直向上做匀加速直线运动(g0为地面附近的重力加速度),已知地球半径为R.

(1)到某一高度时,测试仪器对平台的压力是刚起飞时压力的

17
18
,求此时火箭离地面的高度h.

(2)探测器与箭体分离后,进入行星表面附近的预定轨道,进行一系列科学实验和测量,若测得探测器环绕该行星运动的周期为T0,试问:该行星的平均密度为多少?(假定行星为球体,且已知万有引力恒量为G)

答案

(1)火箭刚起飞时,以测试仪为研究对象,受地球引力mg0、平台的支持力N1,有:

N1-mg0=ma=m×

g0
2

N1=

3
2
mg0

根据牛顿第三定律,起飞时测试仪器对平台的压力大小为N′=

3
2
mg0

设火箭离地高为h时,平台对测试仪器的支持力为N2,则有:N2-

GMm
(R+h)2
=m×
g0
2
,其中G为万有引力恒量,M为地球质量.

在地面附近,有:G

Mm
R2
=mg0

则:N2=(

R
R+h
)2mg0+
mg0
2
=
17
18
N1=
17
18
×
3
2
mg0

于是得到:h=

(2
3
-
11
)
11
R

(2)设行星质量为M,行星平均密度为ρ,

GMm
R2
=m
4π2
T2
R

又有:M=

4
3
πR3ρ

得:ρ=

GT02

答(1)到某一高度时,测试仪器对平台的压力是刚起飞时压力的

17
18
,此时火箭离地面的高度h为
(2
3
-
11
)
11
R

(2)探测器与箭体分离后,进入行星表面附近的预定轨道,进行一系列科学实验和测量,若测得探测器环绕该行星运动的周期为T0,则该行星的平均密度为

GT02

单项选择题 A1型题
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