题目内容

19.在火星表面发射探测器,当发射速度为v时,探测器可绕火星表面做匀速圆周运动;当发射速度达到$\sqrt{2}$v秒时,探测器可摆脱火星引力束缚脱离火星.已知火星质量为地球质量的十分之一,火星半径为地球半径的一半,火星绕太阳公转的轨道半径约为地球公转半径的1.5倍.下列说法正确的有(  )
A.火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度
B.火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度
C.火星的第一宇宙速度与第二宇宙速度之比为$\sqrt{2}$:l
D.火星绕太阳公转的周期约为2年

分析 根据第一宇宙速公式$v=\sqrt{\frac{GM}{R}}$比较火星和地球的第一宇宙速度;根据$g=\frac{GM}{{R}_{\;}^{2}}$比较火星和地球表面的重力加速度;第一宇宙速度是卫星发射的最小速度.第二宇宙速度是人造天体脱离地球引力束缚所需的最小速度;根据开普勒第三定律求火星的公转周期

解答 解:A、根据第一宇宙速度公式$v=\sqrt{\frac{GM}{R}}$,火星的第一宇宙速度${v}_{火}^{\;}=\sqrt{\frac{G{M}_{火}^{\;}}{{R}_{火}^{\;}}}$,地球的第一宇宙速度${v}_{地}^{\;}=\sqrt{\frac{G{M}_{地}^{\;}}{{R}_{地}^{\;}}}$
$\frac{{v}_{火}^{\;}}{{v}_{地}^{\;}}=\sqrt{\frac{{M}_{火}^{\;}}{{M}_{地}^{\;}}•\frac{{R}_{地}^{\;}}{{R}_{火}^{\;}}}$=$\sqrt{\frac{1}{10}×\frac{2}{1}}=\frac{1}{\sqrt{5}}$<1,所以火星的第一宇宙速度小于地球的第一宇宙速度,故A错误;
B、根据$mg=G\frac{Mm}{{R}_{\;}^{2}}$,得$g=\frac{GM}{{R}_{\;}^{2}}$,火星表面的重力加速度为${g}_{火}^{\;}=\frac{G{M}_{火}^{\;}}{{R}_{火}^{2}}$,地球表面的重力加速度为${g}_{地}^{\;}=G\frac{{M}_{地}^{\;}}{{R}_{地}^{2}}$
$\frac{{g}_{火}^{\;}}{{g}_{地}^{\;}}$=$\frac{{M}_{火}^{\;}}{{M}_{地}^{\;}}•\frac{{R}_{地}^{2}}{{R}_{火}^{2}}=\frac{1}{10}×4=\frac{2}{5}<1$,所以火星表面的重力加速度小于地球表面的重力加速度,故B错误;
C、当发射速度为v时,探测器可绕火星表面做匀速圆周运动,所以火星的第一宇宙速度为v;当发射速度达到$\sqrt{2}$v秒时,探测器可摆脱火星引力束缚脱离火星,知火星的第二宇宙速度为$\sqrt{2}v$;火星的第一宇宙速度与第二宇宙速度之比为$1:\sqrt{2}$,故C错误;
D、地球绕太阳的公转周期为1年,根据开普勒第三定律,有$\frac{{R}_{地}^{3}}{{T}_{地}^{2}}=\frac{{R}_{火}^{3}}{{T}_{火}^{2}}$,得${T}_{火}^{\;}$=$\sqrt{\frac{{R}_{火}^{3}}{{R}_{地}^{3}}}{T}_{地}^{\;}$=$\sqrt{1.{5}_{\;}^{3}}×1年$=1.8371≈2年,故D正确;
故选:D

点评 本题要求同学们了解三个宇宙速度的基本含义.通过物理规律把进行比较的物理量表示出来,再通过已知的物理量关系求出问题是选择题中常见的方法.

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