Question

在天津市科技館中，有一個模擬萬有引力的裝置。在如上圖所示的類似錐形漏斗固定的容器中，有兩個小球在該容器表面上繞漏斗中心軸做水平圓周運動，其運行能形象地模擬了太陽系中星球圍繞太陽的運行。圖2為示意圖，圖3為其模擬的太陽系運行圖。圖1中離中心軸的距離相當于行星離太陽的距離。則：

（1）在圖3中，設行星A₁和B₁離太陽距離分別為r₁和r₂，求A₁和B₁運行速度大小之比。

（2）在圖2中，若質量為m的A球速度大小為v，在距離中心軸為x₁的軌道面上旋轉，由于受到微小的摩擦阻力，A球繞軸旋轉同時緩慢落向漏斗中心。當其運動到距離中心軸為x₂的軌道面時，兩軌道面之間的高度差為H。請估算此過程中A球克服摩擦阻力所做的功。

 

Answer 1

【答案】

 (1)；(2) W_f＝mgH-

【解析】

試題分析: （1）設A₁和B₂的質量分別為m₁和m₂，根據萬有引力定律和牛頓運動定律

          解得  

設小球距離中心軸x₂的軌道面運動的速度為v′，由于小球的運動模擬行星運動，有

根據動能定理：mgH −W_f＝-聯立解得：W_f＝mgH-

考點：萬有引力定律及其應用；動能定理