选择题6.0分
物理

3.在星球表面发射探测器,当发射速度为时,探测器可绕星球表面做匀速圆周运动;当发射速度达到时,可摆脱星球引力束缚脱离该星球,已知地球、火星两星球的质量比约为10∶1,半径比约为2∶1,下列说法正确的有(    )

A

探测器在地球表面受到的引力比在火星表面的小

B

探测器在地球表面做匀速圆周运动的周期比在火星表面的小

C

探测器脱离地球所需要的发射速度比脱离火星的发射速度小

D

探测器脱离星球的过程中引力势能逐渐变小

正确答案及相关解析

正确答案

B

解析

A、探测器绕星球表面做匀速圆周运动的向心力由星球对它的万有引力提供,设星球质量为M,探测器质量为m,运行轨道半径为r,星球半径为R,根据万有引力定律有: ,在星球表面时r=R,所以探测器在地球表面和火星表面受到的引力之比为:,所以探测器在地球表面受到的引力比在火星表面的大,故A错误;

B、探测器绕地球匀速圆周运动的周期T ,绕火星匀速圆周运动的周期T 火  ,根据万有引力提供向心力有:,解得:在星球表面时r=R,则探测器在地球表面做匀速圆周运动的周期与在火星表面的做匀速圆周运动的周期之比为:,故B正确; 

C、根据向心力公式有:,解得 ,与探测器的质量m无关,探测器绕地球表面和绕火星表面做匀速圆周运动的速度大小之比为,又因为发射速度达到时,探测器可摆脱星球引力束缚脱离该星球,所以探测器脱离地球的发射速度比脱离火星的发射速度大,故C错误;

D、探测器脱离星球的过程中,高度逐渐增大,其势能逐渐增大,故D错误;

考查方向

万有引力定律及其应用

解题思路

根据万有引力定律比较探测器在火星表面和在地球表面的引力大小,根据万有引力提供向心力得出各自周期的表达式,以及绕火星和绕地球的运行速度大小关系,从而得到发射速度大小关系,高度越大势能越大.

易错点

根据万有引力提供向心力,探测器绕星球表面做匀速圆周运动,推导周期,线速度公式是解题的关键.

知识点

万有引力定律及其应用