2020-2021学年河南省信阳市高一(下)期末物理试卷
一、选择题(每小题4分,共48分。其中第1~8题只有一个选项符合题意,第9~12题有多个选项符合题意要求,全部选对的得4分,选对但选不全的得2分,有选错的得0分)
1.(4分)关于以下各物理量的理解正确的是( )
A.重力势能是标量,﹣3J比﹣5J大
B.力是矢量,﹣3N比﹣5N大
C.速度是矢量,﹣3m/s比﹣5m/s大
D.功是标量,做功﹣3J比﹣5J多
2.(4分)关于曲线运动,下列表述正确的是( )
A.曲线运动的物体的速度方向必定变化
B.曲线运动不一定是变速运动
C.曲线运动不可能是匀变速运动
D.做曲线运动的物体的速度大小可能不变,所以其加速度可能为零
3.(4分)关于下列对配图的说法中正确的是( )
A.图1中“蛟龙号”被吊车匀速吊下水的过程中它的机械能守恒
B.图2中物块在恒力F作用下沿固定光滑斜面匀加速上滑过程中,物块机械能守恒
C.图3中物块沿固定斜面匀速下滑过程中,物块机械能不守恒
D.图4中撑杆跳高运动员在上升过程中机械能守恒
4.(4分)如图所示,某同学对着墙壁练习打乒乓球,某次球与墙壁上A点碰撞后水平弹离,已知球拍与水平方向夹角θ=60°,AB两点高度差h=0.2m,重力加速度g=10m/s2,则球刚要落到球拍上时速度大小为( )
A.4m/s B.m/s C.m/s D.m/s
5.(4分)狗拉雪橇在水平冰面上减速转弯,由M向N运动,轨迹为曲线MN,可能正确的是( )
A. B.
C. D.
6.(4分)质量为m的木板与直立的轻质弹簧的上端相连,弹簧下端固定在水平地面上,静止时弹簧的压缩量为h,物块与木板碰撞后粘在一起向下运动,到达最低点后又向上运动,空气阻力、木板厚度忽略不计,已知弹簧弹性势能E与形变量x和劲度系数k之间的关系式为Ep=kx2,重力加速度大小为g。关于释放物块到回到A点的过程,下列说法正确的是( )
A.物块和木板碰撞后一起向下运动过程中的速度一直减小
B.整个运动过程,物块、木板和弹簧组成的系统机械能守恒
C.物块和木板碰撞后瞬间的共同速度为
D.A点距离木板初始位置的高度小于h
7.(4分)一颗圆形轨道上的地球卫星,其轨道平面与赤道平面重合,距离地面高度等于地球半径R0。地球同步卫星轨道距地面的高度约为6R0,地球表面重力加速度为g,则下列说法正确的是( )
A.该卫星绕地球运动的周期T=4π
B.该卫星的线速度小于地球同步卫星的线速度
C.该卫星绕地球运动的加速度大小a=
D.若该卫星绕行方向也是自西向东,则赤道上的一个固定点连续两次经过该卫星正下方的时间间隔大于该卫星的周期
8.(4分)原地起跳训练是运动员每天的基础练习。一质量为m的运动员从半下蹲状态由静止开始向上起跳,经Δt时间,身体伸直并刚好离开地面,在起跳过程中( )
A.地面对他的冲量为mv,地面对他做的功为mv2
B.地面对他的冲量为mv+mgΔt,地面对他做的功为零
C.地面对他的冲量为mv,地面对他做的功为零
D.地面对他的冲量为mv﹣mgΔt,地面对他做的功为mv2
(多选)9.(4分)如图所示,用手掌平托一苹果,保持这样的姿势在竖直平面内按顺时针方向做匀速圆周运动。关于苹果的运动( )
A.苹果从最高点c到最右侧点d运动的过程,手掌对苹果的摩擦力越来越大
B.苹果从最高点c到最右侧点d运动的过程,手掌对苹果的支持力越来越小
C.苹果从最左侧点b到最右侧点d运动的过程,苹果先处于超重状态后处于失重状态
D.苹果所受合外力大小不变
(多选)10.(4分)质量分别为m1、m2的两个小球在光滑的水平面上沿同一直线相向运动,碰前动量大小相等,两小球相撞,则下列说法中正确的是( )
A.两球碰撞分离后的速度大小跟小球的质量成反比
B.两球碰撞前后的动能之比都为Ek1:Ek2=m2:m1
C.两球碰撞过程中的任意时刻动量大小之比为p1:p2=1:1
D.两个小球之间的碰撞一定是弹性碰撞
(多选)11.(4分)质量分别为2kg、3kg的物块A和B,系在一根不可伸长的轻绳两端,细绳跨过固定在倾角为30°的斜面顶端的轻质定滑轮上,此时物体A离地面的高度为0.8m,如图所示,斜面光滑且足够长,始终保持静止,g取10m/s2。下列说法正确的是( )
A.物体A落地的速度为4m/s
B.物体A落地的速度为m/s
C.物体B沿斜面上滑的最大距离为0.96m
D.物体B沿斜面上滑的最大距离为0.88m
(多选)12.(4分)如图所示,劲度系数为k,满足胡克定律的轻质橡皮筋左端与质量为m、中心有孔的小球相连,AB间距离恰好等于橡皮飭的原长。小球可沿着粗糙竖直固定杆移动,小球从C点由静止开始下滑h高度到达D点速度恰好为零。其中AC水平,BC=L。若小球在D点获得一向上的瞬时冲量,其刚好又能到达C点。则以下说法正确的是( )
A.小球下滑到D点速度为零时处于平衡状态
B.在整个过程中,小球受到杆的弹力越来越大
C.下滑过程与上滑过程摩擦力做功相同
D.小球在D点获得的瞬时冲量为2
二、实验题(本题共14分,第13题6分,第14题8分)
13.(6分)某实验小组利用如图所示的实验装置探究碰撞中的动量守恒。弹性球1用细线悬挂于O点,O点下方桌子的边沿有一竖直立柱,球2放置于立柱上,调节悬点,使弹性球1静止时恰与立柱上的球2接触且两球球心等高。将球1拉离平衡位置,使用量角器测量绳子与竖直方向夹角为α1,静止释放球1,当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞。碰后球1被弹回,向右最远可摆位置绳子与竖直方向夹角为α2,球2落到水平地面上。测量球2球心到地面高度H和球2做平抛运动的水平位移s,然后再测出两球质量m1和m2,即可探究1、2两球碰撞过程中动量守恒,重力加速度为g。
(1)为保证实验成功,在选用小球时,应使m1 m2;(选填“大于”“小于”或“等于”)
(2)要计算碰撞前后球1的速度,还需要测量的物理量是 ;(文字和符号)
(3)根据测量的物理量,该实验中动量守恒的表达式为 。(用题干和(2)问中的符号表示)
14.(8分)用重锤下落来验证机械能守恒定律。某次实验打出如图甲所示的一条纸带,已知打点计时器工作频率为50Hz。
(1)实验操作时,应让重锤靠近打点计时器,手提纸带末端 ,再 。
(2)根据甲图纸带所给数据,打下C点时重锤的速度为 m/s(结果保留三位有效数字)。
(3)某同学选用两个形状相同、质量不同的重锤a和b进行实验,测得几组数据,画出,并求出图像的斜率k,如图乙所示2 (选填“大于”或“小于”)a的质量m1。
(4)通过分析发现造成k2值偏小的原因是实验中存在各种阻力,已知实验所用重锤的质量m2=0.092kg,当地重力加速度g=9.78m/s2,求出重锤所受的平均阻力Ff= N。(结果保留两位有效数字)
三、计算题(本题共38分,解答题时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤.只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
15.(8分)生产流水线可以提高劳动效率,如图是某工厂生产流水线的水平传输装置的俯视图,它由在同一水平面的传送带和转盘组成。物品从A处无初速、等时间间隔地放到传送带上,随其做半径R=2.0m的圆周运动(与转盘无相对滑动),到C处被取走装箱。已知A、B的距离L=8.0m1=0.2,传送带的传输速度和转盘上与转轴O相距为R处的线速度均为v=2.0m/s,取g=10m/s2,问:
(1)物品从A处运动到B处的时间t多大?
(2)若物品在转盘上的最大静摩擦力可视为与滑动摩擦力大小相等,则物品与转盘间的动摩擦因数μ2至少为多大?
(3)若物品的质量为1.0kg,每输送一个物品从A到C,该流水线为此至少多做多少功?
16.(12分)宇航员登陆某星球后,从该星球地表以速度v0竖直向上抛出一可视为质点的小球,经过时间t,小球落回抛出点。在登陆该星球前,已经测量到该星球的半径为R。已知引力常量为G,该星球可视为质量分布均匀的球体,不计小球上抛运动过程中的阻力,忽略该星球的自转。求:
(1)该星球的质量;
(2)该星球的第一宇宙速度v。
2020-2021学年河南省信阳市高一(下)期末物理试卷
参考答案与试题解析
一、选择题(每小题4分,共48分。其中第1~8题只有一个选项符合题意,第9~12题有多个选项符合题意要求,全部选对的得4分,选对但选不全的得2分,有选错的得0分)
1.(4分)关于以下各物理量的理解正确的是( )
A.重力势能是标量,﹣3J比﹣5J大
B.力是矢量,﹣3N比﹣5N大
C.速度是矢量,﹣3m/s比﹣5m/s大
D.功是标量,做功﹣3J比﹣5J多
【解答】解:A、重力势能是标量,故A正确;
B、力﹣3N的大小为3N。故B错误;
C、速度﹣4m/s的大小为5m/s,故C错误;
D、功只有大小,做功﹣5J比﹣6J多。
故选:A。
2.(4分)关于曲线运动,下列表述正确的是( )
A.曲线运动的物体的速度方向必定变化
B.曲线运动不一定是变速运动
C.曲线运动不可能是匀变速运动
D.做曲线运动的物体的速度大小可能不变,所以其加速度可能为零
【解答】解:AB、做曲线运动的物体其速度方向沿曲线的切线方向,故速度一定变化,故A正确;
C、加速度恒定不变的运动也可能是曲线运动,故加速度恒定不变;
D、曲线运动一定是变速运动,故D错误;
故选:A。
3.(4分)关于下列对配图的说法中正确的是( )
A.图1中“蛟龙号”被吊车匀速吊下水的过程中它的机械能守恒
B.图2中物块在恒力F作用下沿固定光滑斜面匀加速上滑过程中,物块机械能守恒
C.图3中物块沿固定斜面匀速下滑过程中,物块机械能不守恒
D.图4中撑杆跳高运动员在上升过程中机械能守恒
【解答】解:A、图1中“蛟龙号”被吊车匀速吊下水的过程中,所以机械能不守恒;
B、图2中物块在恒力F作用下沿固定光滑斜面匀加速上滑过程中,则其机械能增大;
C、图4中物块沿固定斜面匀速下滑过程中,重力势能减小,故C正确;
D、图4中撑杆跳高运动员在上升过程中,所以运动员的机械能不守恒。
故选:C。
4.(4分)如图所示,某同学对着墙壁练习打乒乓球,某次球与墙壁上A点碰撞后水平弹离,已知球拍与水平方向夹角θ=60°,AB两点高度差h=0.2m,重力加速度g=10m/s2,则球刚要落到球拍上时速度大小为( )
A.4m/s B.m/s C.m/s D.m/s
【解答】解:将球刚要落到球拍上时速度分解在水平方向和竖直方向,如图所示
根据得
t==s=0.5s
竖直分速度
vy=gt=10×0.2m/s=4m/s
根据平行四边形定则知,刚要落到球拍上时速度大小
v==m/s=4m/s
故A正确,BCD错误。
故选:A。
5.(4分)狗拉雪橇在水平冰面上减速转弯,由M向N运动,轨迹为曲线MN,可能正确的是( )
A. B.
C. D.
【解答】解:汽车做的是曲线运动,汽车受到的合力应该指向运动轨迹曲线的内侧,并且速度在减小,故ABD错误。
故选:C。
6.(4分)质量为m的木板与直立的轻质弹簧的上端相连,弹簧下端固定在水平地面上,静止时弹簧的压缩量为h,物块与木板碰撞后粘在一起向下运动,到达最低点后又向上运动,空气阻力、木板厚度忽略不计,已知弹簧弹性势能E与形变量x和劲度系数k之间的关系式为Ep=kx2,重力加速度大小为g。关于释放物块到回到A点的过程,下列说法正确的是( )
A.物块和木板碰撞后一起向下运动过程中的速度一直减小
B.整个运动过程,物块、木板和弹簧组成的系统机械能守恒
C.物块和木板碰撞后瞬间的共同速度为
D.A点距离木板初始位置的高度小于h
【解答】解:A、物块和木板碰后粘在一起向下运动过程,合力向下,当弹簧的弹力等于重力时速度达到最大,合力向上,两物体向下做减速运动,故A错误;
B、物块和木板发生完全非弹性碰撞,因此整个过程中机械能不守恒;
C、碰撞前物块做自由落体运动0,则
v0==2
物块与木板碰撞过程系统内力远大于外力,系统动量守恒,由动量守恒定律得
mv3=(m+m)v1
整理解得v1=v0=
故C错误;
D、质量为m的木板静止时弹簧的压缩量为h,则
mg=kh
解得
k=
物块与木板碰撞后运动过程中,只有重力与弹力做功,由机械能守恒定律得
整理解得
Ep=mgh
Ep=
整理解得
x=
故D正确。
故选:D。
7.(4分)一颗圆形轨道上的地球卫星,其轨道平面与赤道平面重合,距离地面高度等于地球半径R0。地球同步卫星轨道距地面的高度约为6R0,地球表面重力加速度为g,则下列说法正确的是( )
A.该卫星绕地球运动的周期T=4π
B.该卫星的线速度小于地球同步卫星的线速度
C.该卫星绕地球运动的加速度大小a=
D.若该卫星绕行方向也是自西向东,则赤道上的一个固定点连续两次经过该卫星正下方的时间间隔大于该卫星的周期
【解答】解:A、卫星绕地球做匀速圆周运动
=m0
根据黄金代换式可知
GM=gR
联立解得卫星的运行周期
T=4
故A错误;
B、根据万有引力提供向心力
整理解得线速度
v=
该卫星的轨道半径小与地球同步卫星的轨道半径,则该卫星的线速度大;
C、根据牛顿第二定律可知
==ma
整理解得加速度
a==
故C错误;
D、卫星的运行周期小于同步卫星的周期
T卫星<T同步
根据卫星的追及原理可知,该卫星经过t时间比同步卫星多转一圈
=1
整理解得
t=>T卫星
同步卫星运行周期与地球自转周期相等,则赤道上的一个固定点连续两次经过该卫星正下方的时间间隔大于该卫星的周期。
故选:D。
8.(4分)原地起跳训练是运动员每天的基础练习。一质量为m的运动员从半下蹲状态由静止开始向上起跳,经Δt时间,身体伸直并刚好离开地面,在起跳过程中( )
A.地面对他的冲量为mv,地面对他做的功为mv2
B.地面对他的冲量为mv+mgΔt,地面对他做的功为零
C.地面对他的冲量为mv,地面对他做的功为零
D.地面对他的冲量为mv﹣mgΔt,地面对他做的功为mv2
【解答】解:运动员的速度原来为零,起跳瞬间为v,则由动量定理可得:I﹣mgΔt=Δmv=mv;由于支持力没有位移,则ACD错误;
故选:B。
(多选)9.(4分)如图所示,用手掌平托一苹果,保持这样的姿势在竖直平面内按顺时针方向做匀速圆周运动。关于苹果的运动( )
A.苹果从最高点c到最右侧点d运动的过程,手掌对苹果的摩擦力越来越大
B.苹果从最高点c到最右侧点d运动的过程,手掌对苹果的支持力越来越小
C.苹果从最左侧点b到最右侧点d运动的过程,苹果先处于超重状态后处于失重状态
D.苹果所受合外力大小不变
【解答】解:
A.从c到d的过程中,加速度大小不变,根据牛顿第二定律知,故A正确;
B.从c到d的过程中,加速度大小不变,方向向下,可知支持力越来越大;
C.苹果从最左侧点b到最右侧点d运动的过程,加速度有竖直向下分量,故C错误;
D.苹果做匀速圆周运动,合力提供向心力,故D正确;
故选:AD。
(多选)10.(4分)质量分别为m1、m2的两个小球在光滑的水平面上沿同一直线相向运动,碰前动量大小相等,两小球相撞,则下列说法中正确的是( )
A.两球碰撞分离后的速度大小跟小球的质量成反比
B.两球碰撞前后的动能之比都为Ek1:Ek2=m2:m1
C.两球碰撞过程中的任意时刻动量大小之比为p1:p2=1:1
D.两个小球之间的碰撞一定是弹性碰撞
【解答】解:A、取碰撞前质量为m1的小球速度方向为正方向,由动量守恒定律得m1v6﹣m2v2=m5v1′+m2v5′,由于m1v1=m3v2,即碰撞前两球的动量大小相等、方向相反1′:v5′=m2:m1,故A正确;
B、两球碰撞后的动能之比为Ek2:Ek2=:,由于p1=p2,所以Ek7:Ek2=m2:m4,故B正确;
C、根据动量守恒定律可知1:p2=|m6v1|:|m2v7|=1:1,故C正确;
D、两个小球之间的碰撞可能是弹性碰撞,故D错误。
故选:ABC。
(多选)11.(4分)质量分别为2kg、3kg的物块A和B,系在一根不可伸长的轻绳两端,细绳跨过固定在倾角为30°的斜面顶端的轻质定滑轮上,此时物体A离地面的高度为0.8m,如图所示,斜面光滑且足够长,始终保持静止,g取10m/s2。下列说法正确的是( )
A.物体A落地的速度为4m/s
B.物体A落地的速度为m/s
C.物体B沿斜面上滑的最大距离为0.96m
D.物体B沿斜面上滑的最大距离为0.88m
【解答】解:AB、把AB看成整体,所以整体机械能守恒Agh﹣mBghsin30°=(mA+mB)v2,代入数据,得v=,故A错误;
CD、A物体落地前B物体滑行的距离为:x7=0.8m。
A物体落地后B物体受的合力为mgsin30°,加速度为gsin30°,代入数据解得:x5=0.16m。
物体B沿斜面上滑的最大距离为:x=x1+x8=0.8m+5.16m=0.96m,故C正确。
故选:BC。
(多选)12.(4分)如图所示,劲度系数为k,满足胡克定律的轻质橡皮筋左端与质量为m、中心有孔的小球相连,AB间距离恰好等于橡皮飭的原长。小球可沿着粗糙竖直固定杆移动,小球从C点由静止开始下滑h高度到达D点速度恰好为零。其中AC水平,BC=L。若小球在D点获得一向上的瞬时冲量,其刚好又能到达C点。则以下说法正确的是( )
A.小球下滑到D点速度为零时处于平衡状态
B.在整个过程中,小球受到杆的弹力越来越大
C.下滑过程与上滑过程摩擦力做功相同
D.小球在D点获得的瞬时冲量为2
【解答】解:A、由题意知小球从C到D先加速,然后减速运动到D,橡皮筋的弹力沿杆向上的分力大于小球的重力和摩擦力之和,故A错误;
B、如图所示:
设小球下滑距离x,则由胡克定律得:F=k =kL;
D、杆对球的摩擦力为:f=μN=μkL(定值),设橡皮筋弹力做功为W,解得:W=mgh﹣μkLh
设小球在D点获得瞬时速度为v,由D到C,解得:v=
小球获得的瞬时冲量为:I=mv=m=5;
C、下滑过程与上滑过程,方向与位移方向相反,故C正确。
故选:CD。
二、实验题(本题共14分,第13题6分,第14题8分)
13.(6分)某实验小组利用如图所示的实验装置探究碰撞中的动量守恒。弹性球1用细线悬挂于O点,O点下方桌子的边沿有一竖直立柱,球2放置于立柱上,调节悬点,使弹性球1静止时恰与立柱上的球2接触且两球球心等高。将球1拉离平衡位置,使用量角器测量绳子与竖直方向夹角为α1,静止释放球1,当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞。碰后球1被弹回,向右最远可摆位置绳子与竖直方向夹角为α2,球2落到水平地面上。测量球2球心到地面高度H和球2做平抛运动的水平位移s,然后再测出两球质量m1和m2,即可探究1、2两球碰撞过程中动量守恒,重力加速度为g。
(1)为保证实验成功,在选用小球时,应使m1 小于 m2;(选填“大于”“小于”或“等于”)
(2)要计算碰撞前后球1的速度,还需要测量的物理量是 小球1到悬点的距离L ;(文字和符号)
(3)根据测量的物理量,该实验中动量守恒的表达式为 m1=m2s﹣m1 。(用题干和(2)问中的符号表示)
【解答】解:(1)由实验过程知,小球1与2碰撞后需反弹;
(2)小球摆动过程机械能守恒,由机械能守恒定律得:m3gL(1﹣cosα1)=
解得,碰撞前球1速度v4=
同理可得,碰撞后球1速度v1=
要计算速度还必须已知摆长,即小球7到悬点的距离L
(3)碰撞后球2做平抛运动,设平抛运动时间为t2,则球8碰后速度:v2==s
若两球碰撞过程系统动量守恒,以向左为正方向5v0=m2v6﹣m1v1
整理得:m3=m2s﹣m4
故答案为:(1)小于;(2)小球1到悬点的距离L1=m5s﹣m1
14.(8分)用重锤下落来验证机械能守恒定律。某次实验打出如图甲所示的一条纸带,已知打点计时器工作频率为50Hz。
(1)实验操作时,应让重锤靠近打点计时器,手提纸带末端 接通打点计时器 ,再 释放重锤 。
(2)根据甲图纸带所给数据,打下C点时重锤的速度为 2.25 m/s(结果保留三位有效数字)。
(3)某同学选用两个形状相同、质量不同的重锤a和b进行实验,测得几组数据,画出,并求出图像的斜率k,如图乙所示2 小于 (选填“大于”或“小于”)a的质量m1。
(4)通过分析发现造成k2值偏小的原因是实验中存在各种阻力,已知实验所用重锤的质量m2=0.092kg,当地重力加速度g=9.78m/s2,求出重锤所受的平均阻力Ff= 0.055 N。(结果保留两位有效数字)
【解答】解:(1)实验操作时,应让重锤靠近打点计时器,先接通打点计时器;
(2)打点计时器所用交流电的频率为50Hz,打点计时器打点的时间间隔T==,打下C点时重物的瞬时速度等于打下B点和D点时间段内的平均速度C==×10﹣4m/s=2.25m/s;
(3)根据动能定理有:(mg﹣f)h=,整理得,所以图线斜率k=g﹣,所以b的质量小于a的质量;
(4)设重物受到的阻力为Ff,对重物,由动能定理得:(mg﹣Ff)h=mv5﹣0
根据图像斜率可知g﹣=9.18m/s8
代入数据解得:Ff=0.055N。
故答案为:(1)接通打点计时器,释放重锤;(3)小于。
三、计算题(本题共38分,解答题时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤.只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
15.(8分)生产流水线可以提高劳动效率,如图是某工厂生产流水线的水平传输装置的俯视图,它由在同一水平面的传送带和转盘组成。物品从A处无初速、等时间间隔地放到传送带上,随其做半径R=2.0m的圆周运动(与转盘无相对滑动),到C处被取走装箱。已知A、B的距离L=8.0m1=0.2,传送带的传输速度和转盘上与转轴O相距为R处的线速度均为v=2.0m/s,取g=10m/s2,问:
(1)物品从A处运动到B处的时间t多大?
(2)若物品在转盘上的最大静摩擦力可视为与滑动摩擦力大小相等,则物品与转盘间的动摩擦因数μ2至少为多大?
(3)若物品的质量为1.0kg,每输送一个物品从A到C,该流水线为此至少多做多少功?
【解答】解:(1)物品在传送带上运动时,根据牛顿第二定律可得:μ1mg=ma
解得:a=
到达传送带速度所需时间为:
通过的位移为:
匀速运动的时间为:
从A到B经历的总时间为:t=t4+t2=1s+7.5s=4.2s
(2)物品的最大静摩擦力提供物品做圆周运动的向心力,则有:
解得:
(3)该流水线仅在物品加速时,需要对物品做功1mg vt6=0.2×3.0×10×2×5J=4J
答:(1)物品从A处运动到B处的时间t为4.4s;
(2)若物品在转盘上的最大静摩擦力可视为与滑动摩擦力大小相等,则物品与转盘间的动摩擦因数μ2至少为0.5;
(3)若物品的质量为1.0kg,每输送一个物品从A到C。
16.(12分)宇航员登陆某星球后,从该星球地表以速度v0竖直向上抛出一可视为质点的小球,经过时间t,小球落回抛出点。在登陆该星球前,已经测量到该星球的半径为R。已知引力常量为G,该星球可视为质量分布均匀的球体,不计小球上抛运动过程中的阻力,忽略该星球的自转。求:
(1)该星球的质量;
(2)该星球的第一宇宙速度v。
【解答】解:(1)设该星球表面的重力加速度大小为g,
由竖直上抛运动的规律可得
解得
设小球的质量为m0,该星球的质量为M,在该星球表面,有
解得
(2)第一宇宙速度指卫星(物体)贴着地表做匀速圆周运动时的速度,根据牛顿第二定律有
解得
答:(1)该星球的质量为;
(2)该星球的第一宇宙速度v为。