Question

已知某星球的半徑為R，有一距星球表面高度h=R處的衛(wèi)星，繞該星球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，測(cè)得其周期T=2π

5R

．求：
（1）該星球表面的重力加速度g
（2）若在該星球表面有一如圖所示的裝置，其中AB部分為一長(zhǎng)為12.8m并以5m/s速度順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的傳送帶，BCD部分為一半徑為1.6m豎直放置的光滑半圓形軌道，直徑BD恰好豎直，并與傳送帶相切于B點(diǎn)．現(xiàn)將一質(zhì)量為0.1kg的可視為質(zhì)點(diǎn)的小滑塊無初速地放在傳送帶的左端A點(diǎn)上，已知滑塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5．
試求出到達(dá)D點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力大小；（提示：

10.24

=3.2）

Answer 1

分析：（1）由衛(wèi)星在高處的周期，可以力萬有引力提供向心力的周期表達(dá)式，在聯(lián)合在星球表面萬有引力等于重力，可以解得星球重力加速度
（2）首先解決物體到B點(diǎn)的速度問題，在傳送帶上先按照物體已知被加速度來做，看到B的速度是否大于傳送帶速度，若不小于，則說明假設(shè)是正確的，可以求出物體的加速度，若大于，說明假設(shè)，不對(duì)，物體沒有一直被加速，需要再討論，求出B點(diǎn)的速度后，再判斷物體能否到達(dá)D點(diǎn)，進(jìn)而才能確定是否有壓力，壓力大小是多少．

解答：解：
（1）對(duì)距星球表面h=R處的衛(wèi)星（設(shè)其質(zhì)量為m），
有：G

Mm

(R+h)2

=m(

2π

T

)2(R+h)
對(duì)在星球表面的物體m′，有：G

Mm′

R2

=m′g
解得：g=1.6 m/s²
（2）設(shè)滑塊從A到B一直被加速，且設(shè)到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度為V_B
則：VB=

2ax

=

2μgx

=

2×0.5×1.6×12.8

=

16

5

2

，m/s=3.2

2

m/s 
因V_B＜5m/s，故滑塊一直被加速     
設(shè)滑塊能到達(dá)D點(diǎn)，且設(shè)到達(dá)D點(diǎn)時(shí)的速度為V_D
則在B到D的過程中，由動(dòng)能定理：-mg?2R=

1

2

mV_D²-

1

2

mV_B²
解得：VD=

V 2 B -4gR

=

3.22×2-4×1.6×1.6

=3.2m/s
而滑塊能到達(dá)D點(diǎn)的臨界速度：V₀=

gR

=1.6m/s＜V_D
即滑塊能到達(dá)D點(diǎn)
在D點(diǎn)時(shí)由重力和軌道的壓力共同提供向心力：
N+mg=m

vD2

R

解得：
N=0.48N
由牛頓第三定律知，物體對(duì)軌道的壓力為0.48N
答：
（1）星球表面的重力加速度為1.6 m/s²
（2）在D點(diǎn)對(duì)軌道的壓力為0.48N

點(diǎn)評(píng)：難點(diǎn)由兩處：一是判定B點(diǎn)的速度，二是判定物體能否到達(dá)D點(diǎn)，每一個(gè)地方都有可能出錯(cuò)，因此這是一個(gè)非常容易錯(cuò)的題．