问题 问答题

中国首个月球探测计划“嫦娥工程”预计在2017年送机器人上月球,实地采样送回地球,为载人登月及月球基地选址做准备.设想我国宇航员随“嫦娥”号登月飞船绕月球飞行,飞船上备有以下实验仪器:A.计时表一只;B.弹簧秤一把;C.已知质量为m的物体一个;D.天平一只(附砝码一盒).在飞船贴近月球表面时可近似看成绕月球做匀速圆周运动,宇航员测量出飞船在靠近月球表面的圆形轨道绕行N圈所用的时间为t.飞船的登月舱在月球上着陆后,遥控机器人利用所携带的仪器又进行了第二次测量,利用上述两次测量所得的物理量可出推导出月球的半径和质量.(已知万有引力常量为G)

(1)机器人进行第二次测量的内容是什么?

(2)试推导用上述测量的物理量表示的月球半径和质量的表达式.

答案

(1)机器人在月球上用弹簧秤竖直悬挂物体,静止时读出弹簧秤的读数F,即为物体在月球上所受重力的大小. 

(2)在月球上忽略月球的自转有 

F=G

Mm
R2

对飞船靠近月球表面做圆周运动有 

G

Mm
R2
=m
4π2
T2
R

又 T=

t
N

 由以上各式可得:

月球的半径R=

Ft2
4π2N2m

月球的质量M=

F3t4
16π4N4m3G

答:(1)机器人进行第二次测量的内容是测量物体在月球上所受的重力.

(2)月球的半径为R=

Ft2
4π2N2m

  月球的质量为M=

F3t4
16π4N4m3G

单项选择题
单项选择题