Question

13．我國已啟動“嫦娥工程”，并于2007年10月24日和2010年10月1日分別將“嫦娥一號”和“嫦娥二號”成功發(fā)射，“嫦娥三號”亦有望在2013年落月探測90天，并已給落月點起了一個富有詩意的名字--“廣寒宮”．
（1）若已知地球半徑為R，地球表面的重力加速度為g，月球繞地球運動的周期為T，月球繞地球的運動近似看做勻速圓周運動，請求出月球繞地球運動的軌道半徑r．
（2）若宇航員隨登月飛船登陸月球后，在月球表面某處以速度v₀豎直向上拋出一個小球，經過時間t，小球落回拋出點．已知月球半徑為r_月，引力常量為G，請求出月球的質量M_月．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)月球受到的引力等于向心力，在地球表面重力等于萬有引力列式求解；
（2）先根據(jù)豎直上拋運動的知識求出月球表面的重力加速度，再根據(jù)月球表面重力等于萬有引力列式求解．

解答 解：（1）根據(jù)萬有引力定律和向心力公式得：
G$\frac{M{M}_{月}}{R{′}^{2}}$=M_月（$\frac{2π}{T}$）²R′
mg=G$\frac{Mm}{{R}^{2}}$
解得：R′=$\root{3}{\frac{g{R}^{2}{T}^{2}}{4{π}^{2}}}$
（2）設月球表面處的重力加速度為g_月，根據(jù)題意得：
v₀=$\frac{{g}_{月}t}{2}$，
g_月=$\frac{G{M}_{月}}{{r}^{2}}$
解得：M_月=$\frac{2{v}_{0}{r}^{2}}{Gt}$
答：（1）月球繞地球運動的軌道半徑為$\root{3}{\frac{g{R}^{2}{T}^{2}}{4{π}^{2}}}$．
（2）月球的質量M_月為$\frac{2{v}_{0}{r}^{2}}{Gt}$．

點評 本題關鍵是要抓住星球表面處物體的重力等于萬有引力，求得重力加速度，以及衛(wèi)星所受的萬有引力提供向心力進行列式求解．