题目内容

15.我国探月工程实施“绕”、“落”、“回”发展战略.“绕”即环绕月球进行月表探测,2007年10月24日成功发射“嫦娥一号”探测器完成绕月探测;“落”是着月探测,2013年12月2日成功发射“嫦娥三号”并于2013年12月14日成功实施软着陆,传回图象,释放月球车;“回”是在月球表面着陆,并采样返回,计划于2017年前后实施. 若“嫦娥三号”绕月球的运动可以近似看做是匀速圆周运动.若月球半径R,月球表面的重力加速度为g0,求:
(1)“嫦娥三号”在半径为3R的圆轨道上运行时,其速度v为多大?
(2)“嫦娥三号”绕月球运动的周期为T时,其轨道半径r为多大?

分析 由万有引力提供向心力可确定出线速度,用周期表达出向心加速度代入万有引力提供向心力的等式可求得半径r.

解答 解:(1)月球表面由$m{g}_{0}=G\frac{Mm}{{R}^{2}}$可得:${g}_{0}=\frac{GM}{{R}^{2}}$  ①在3R的圆轨道上,$G\frac{Mm}{(3R)^{2}}=m\frac{{v}^{2}}{3R}$  ②
由①②可解得v=$\sqrt{\frac{R{g}_{0}}{3}}$
(2)万有引力提供向心力:$G\frac{Mm}{{r}^{2}}=mr\frac{4{π}^{2}}{{T}^{2}}$  ③
由①③可解得:r=$\root{3}{\frac{{g}_{0}{R}^{2}{T}^{2}}{4{π}^{2}}}$
答:(1)“嫦娥三号”在半径为3R的圆轨道上运行时,其速度v为$\sqrt{\frac{R{g}_{0}}{3}}$.
(2)“嫦娥三号”绕月球运动的周期为T时,其轨道半径r为$\root{3}{\frac{{g}_{0}{R}^{2}{T}^{2}}{4{π}^{2}}}$.

点评 解决本题的关键掌握万有引力提供向心力这一理论,并能根据题意结合向心力的几种不同的表达形式,选择恰当的向心力的表达式.

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