Question

中國的探月計(jì)劃分三個(gè)階段，2007年10月24日18時(shí)05分，搭載著我國首顆探月衛(wèi)星“嫦娥一號”的長征三號甲運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心三號塔架點(diǎn)火發(fā)射，這是第一階段，衛(wèi)星將環(huán)月飛行，拍攝一些月球表面的三維圖象．第二階段，探測器將在月球上實(shí)現(xiàn)軟著陸．而在第三階段，中國將發(fā)射一個(gè)能收集月球樣品，并能重返地球的宇宙飛行器．中國計(jì)劃在2017年實(shí)現(xiàn)返回式月球軟著陸器對月球進(jìn)行科學(xué)探測，如圖所示，屆時(shí)將發(fā)射一顆運(yùn)動半徑為r的繞月衛(wèi)星，登月著陸器從繞月衛(wèi)星出發(fā)，沿橢圓軌道降落到月球的表面上，與月球表面經(jīng)多次碰撞和彈跳停下來．假設(shè)著陸器第一次彈起的最大高度為h，水平速度為v₁，第二次著陸時(shí)速度為v₂，已知月球半徑為R，著陸器質(zhì)量為m，不計(jì)一切阻力和月球的自轉(zhuǎn)．求：
（1）月球表面的重力加速度g_月．
（2）在月球表面發(fā)射一顆月球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度是多大？

Answer 1

分析：（1）著陸器第一次彈起到，第二次著陸過程，重力做功為mg_月h，根據(jù)動能定理求解月球表面的重力加速度g_月．
（2）在月球表面發(fā)射衛(wèi)星時(shí)，由重力提供向心力，由牛頓第二定律求解最小發(fā)射速度．

解答：解：（1）根據(jù)動能定理得 

1

2

m

v

2 2

-

1

2

m

v

2 1

=mg月h        g月=

v 2 2 - v 2 1

2h

．
（2）由mg_月=m

v2

R

得  v=

g月R

=

( v 2 2 - v 2 1 )R 2h

答：（1）月球表面的重力加速度g_月是

v 2 2 - v 2 1

2h

．
（2）在月球表面發(fā)射一顆月球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度是

( v 2 2 - v 2 1 )R 2h

．

點(diǎn)評：對于衛(wèi)星問題，構(gòu)建物理模型是關(guān)鍵，衛(wèi)星繞月或地球做勻速圓周運(yùn)動，由萬有引力提供向心力．