2013年11月,“嫦娥三号”飞船携“玉兔号”月球车圆满完成探月任务。某中学科技小组提出了一个对“玉兔”回家的设想。如图,将“玉兔号”月球车发射到距离月球表面h高度的轨道上,与在该轨道绕月球做圆周运动的飞船对接,然后由飞船送“玉兔”返回地球。已知:“玉兔号”月球车质量为m,月球半径为R,月球表面重力加速度为g,引力常量为G。
(1)求“玉兔号”月球车恰好离开月球表面(不再落回月球表面)的最小速度。
(2)以月球表面为零势能面,“玉兔号”月球车在h高度的“重力势能”可表示为Ep(Ep为已知条件).若忽略月球自转,从月球表面开始发射到在对接完成这一过程,求需要对“玉兔号”月球车做的功。
【答案】(1)(2) W = + Ep
【解析】(1)“玉兔号”月球车恰好离开月球表面的最小速度为v,根据万有引力提供向心力,得:
在月球表面,有:
联立可得:
(2)“玉兔号”月球车在h高度运行时,由万有引力等于向心力有:
设“玉兔号”在该轨道绕月球做圆周运动的动能为,则有:
则需要对“玉兔号”月球车做的功为:.
联立解得: 。