Question

4．木星的衛(wèi)星之一叫艾奧，它上面的珞珈火山噴出的巖塊初速度為v₀時(shí)，上升的最大高度可達(dá)h．已知艾奧的半徑為R，引力常量為G，忽略艾奧的自轉(zhuǎn)及巖塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到稀薄氣體的阻力，求：
（1）艾奧表面的重力加速度大小g和艾奧的質(zhì)量M；
（2）距艾奧表面高度為2R處的重力加速度大小g'；
（3）艾奧的第一宇宙速度v．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)豎直上拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可求得表面的重力加速度，根據(jù)星球表面重力等于萬(wàn)有引力列式求解艾奧的質(zhì)量；
（2）根據(jù)重力等于萬(wàn)有引力列式求解距艾奧表面高度為2R處的重力加速度大小；
（3）根據(jù)萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力，當(dāng)衛(wèi)星繞星球表面運(yùn)行時(shí)的速度為第一宇宙速度，代入數(shù)據(jù)即可求解．

解答 解：（1）巖塊做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，有：$0-v_0^2=-2gh$，
解得：g=$\frac{{v}_{0}^{2}}{2h}$；
忽略艾奧的自轉(zhuǎn)有：$G\frac{Mm}{R^2}=mg$，
解得：M=$\frac{{{R^2}v_0^2}}{2hG}$；
（2）距艾奧表面高度為2R處有：$\frac{GMm'}{{{{（R+2R）}^2}}}=m'g'$，
解得：$g'=\frac{v_0^2}{18h}$；
（3）某衛(wèi)星在艾奧表面繞其做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)：
mg=m$\frac{{v}^{2}}{R}$，
解得：v=${v}_{0}\sqrt{\frac{R}{2h}}$；
答：（1）艾奧表面的重力加速度大小g為$\frac{{v}_{0}^{2}}{2h}$，艾奧的質(zhì)量M為$\frac{{{R^2}v_0^2}}{2hG}$；
（2）距艾奧表面高度為2R處的重力加速度大小g'為$\frac{v_0^2}{18h}$；
（3）艾奧的第一宇宙速度v為${v}_{0}\sqrt{\frac{R}{2h}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用，要注意明確星球表面的物體萬(wàn)有引力充當(dāng)重力；而繞星球表面運(yùn)行的衛(wèi)星萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力．