问题 计算题

火星表面特征非常接近地球,适合人类居住。近期我国宇航员王跃正与俄罗斯宇航员一起进行“模拟登火星”实验活动。宇航员为了测定火星表面的重力加速度,做了如下探究:  

将直径为d的光滑环形轨道竖直固定在火星表面,让小滑块在轨道内做圆周运动,如图所示,当小滑块经过轨道最低点速度为v0时,恰能通过轨道最高点。已知火星的半径为R

(1)试求火星表面的重力加速度g;

(2)若给火星发射一颗人造卫星,试计算卫星运行周期应满足的条件。

答案

解:(1)小滑块在轨道内做圆周运动时机械能守恒,有

由于滑块恰能通过轨道最高点,所以有

 ②

 ③

联立①②③解得 ④

(2)卫星运动时万有引力提供向心力,有

在火星表面,万有引力近似等于其重力,即

联立⑤⑥解得

当卫星贴近火星表面运动时,r≈R,此时运行周期最短,故

代入④式得

多项选择题
单项选择题