| 研究天体运动规律 题目答案及解析

稿件来源:高途

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必修2

第六章 万有引力与航天

6.4 万有引力理论的成就

研究天体运动规律

$2024$$5$月,嫦娥六号探测器发射成功,开启了人类首次从月球背面采样之旅。嫦娥六号探测器的发射和月球采样任务是航天工程的重要成果。

如图,嫦娥六号在环月椭圆轨道上沿图中箭头方向运动,仅考虑月球对它的引力,$ab$为椭圆轨道长轴,$cd$为椭圆轨道短轴。嫦娥六号从$a$点运动到$b$点的过程中,动能$(\qquad)$

["

增大

","

先增大后减小

","

减小

","

先减小后增大

"]
[["C"]]

根据开普勒第二定律可知,相同时间内嫦娥六号与月球连线扫过的面积相等,又因为嫦娥六号从$a$点运动到$b$点的过程中,嫦娥六号与月球连线变大,所以速率减小,动能减小;

故选:$\rm C$

嫦娥探测器从椭圆环月轨道变轨为圆形环月轨道,圆形环月轨道对应的周期为$T$,离月球表面高度为$h$。已知月球半径为$R$,万有引力常量为$G$

①求月球的质量$M$                

②求月球表面的重力加速度大小$g_{月}$                

③假设未来的你是宇航员,登陆月球后,要测量月球表面的重力加速度,请简要写出一种测量方案                

[["

$\\dfrac{4\\pi^{2}{(R+ h)}^{3}}{GT^{2}}$; $\\dfrac{4\\pi^{2}{(R+ h)}^{3}}{T^{2}R^{2}}$ ;见解析

"]]

设嫦娥六号的质量为$m$,根据万有引力提供向心力$G\dfrac{Mm}{{(R+h)}^{2}}= m\dfrac{4\pi^{2}}{T^{2}}(R+h)$,解得月球的质量为$M=\dfrac{4\pi^{2}{(R+ h)}^{3}}{GT^{2}}$

设月球表面上一个物体的质量为$m'$,则$G\dfrac{Mm'}{R^{2}}=m'g_{月}$,解得月球表面的重力加速度大小$g_{月}=\dfrac{4\pi^{2}{(R+h)}^{3}}{T^{2}R^{2}}$

用弹簧测力计测出一个质量为$m$的钩码的重力$G$,则月球表面的重力加速度$g=\dfrac{G}{m}$,在距月球表面高$h$处,由静止释放一个小钢球,测出其运动时间$t$,则月球表面的重力加速度$g=\dfrac{2h}{t^{2}}$,或在月球表面某一高度释放手机,利用手机内的加速度传感器测月球表面的重力加速度。

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