3. 2019 年 1 月 3 日,“嫦娥四号”探测器成功着陆月球背面,顺利完成与“玉兔二号”月球车的分离。“玉兔二号”是“玉兔号”的升级版,它的质量只有 $ 135 \, \mathrm{kg} $,是人类史上最轻的月球车。
(1) “玉兔二号”月球车在地球上受到的重力是多少?($ g $ 取 $ 10 \, \mathrm{N/kg} $)
(2) 月球上物体的重力约为地球上的 $ \frac{1}{6} $,则“玉兔二号”月球车对月球水平表面的压力是多少?
(3) 假设“玉兔二号”月球车正常行驶时与地面的接触面积是 $ 500 \, \mathrm{cm}^2 $,则“玉兔二号”月球车对月球表面的压强有多大?
(1) “玉兔二号”月球车在地球上受到的重力是多少?($ g $ 取 $ 10 \, \mathrm{N/kg} $)
(2) 月球上物体的重力约为地球上的 $ \frac{1}{6} $,则“玉兔二号”月球车对月球水平表面的压力是多少?
(3) 假设“玉兔二号”月球车正常行驶时与地面的接触面积是 $ 500 \, \mathrm{cm}^2 $,则“玉兔二号”月球车对月球表面的压强有多大?
答案
3. 解:(1) $ G_{地} = mg = 135\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 1350\ \mathrm{N} $。
(2) $ G_{月} = \frac{1}{6}G_{地} = \frac{1}{6} × 1350\ \mathrm{N} = 225\ \mathrm{N} $
$ F_{压} = G_{月} = 225\ \mathrm{N} $。
(3) $ p = \frac{F_{压}}{S} = \frac{225\ \mathrm{N}}{500 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2} = 4500\ \mathrm{Pa} $。
(2) $ G_{月} = \frac{1}{6}G_{地} = \frac{1}{6} × 1350\ \mathrm{N} = 225\ \mathrm{N} $
$ F_{压} = G_{月} = 225\ \mathrm{N} $。
(3) $ p = \frac{F_{压}}{S} = \frac{225\ \mathrm{N}}{500 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2} = 4500\ \mathrm{Pa} $。
解析
【解析】
(1) 根据重力计算公式$G=mg$,代入数据计算“玉兔二号”在地球上的重力:$G_{地} = mg = 135\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 1350\ \mathrm{N}$。
(2) 先根据月球重力与地球重力的关系求出月球上的重力,水平面上物体对接触面的压力等于自身重力,因此$G_{月} = \frac{1}{6}G_{地} = \frac{1}{6} × 1350\ \mathrm{N} = 225\ \mathrm{N}$,则$F_{压} = G_{月} = 225\ \mathrm{N}$。
(3) 先将接触面积单位换算为平方米,$500\ \mathrm{cm}^2=500×10^{-4}\ \mathrm{m}^2$,再根据压强公式$p=\frac{F}{S}$计算压强:$p = \frac{F_{压}}{S} = \frac{225\ \mathrm{N}}{500 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2} = 4500\ \mathrm{Pa}$。
【答案】
(1) $1350\ \mathrm{N}$
(2) $225\ \mathrm{N}$
(3) $4500\ \mathrm{Pa}$
【知识点】
重力的计算、压力与重力的关系、压强的计算
【点评】
本题结合航天热点,考查重力、压力、压强的相关计算,侧重基础公式应用与单位换算,属于力学基础题,可有效考查学生对基本公式的掌握情况。
【难度系数】
0.8
(1) 根据重力计算公式$G=mg$,代入数据计算“玉兔二号”在地球上的重力:$G_{地} = mg = 135\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 1350\ \mathrm{N}$。
(2) 先根据月球重力与地球重力的关系求出月球上的重力,水平面上物体对接触面的压力等于自身重力,因此$G_{月} = \frac{1}{6}G_{地} = \frac{1}{6} × 1350\ \mathrm{N} = 225\ \mathrm{N}$,则$F_{压} = G_{月} = 225\ \mathrm{N}$。
(3) 先将接触面积单位换算为平方米,$500\ \mathrm{cm}^2=500×10^{-4}\ \mathrm{m}^2$,再根据压强公式$p=\frac{F}{S}$计算压强:$p = \frac{F_{压}}{S} = \frac{225\ \mathrm{N}}{500 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2} = 4500\ \mathrm{Pa}$。
【答案】
(1) $1350\ \mathrm{N}$
(2) $225\ \mathrm{N}$
(3) $4500\ \mathrm{Pa}$
【知识点】
重力的计算、压力与重力的关系、压强的计算
【点评】
本题结合航天热点,考查重力、压力、压强的相关计算,侧重基础公式应用与单位换算,属于力学基础题,可有效考查学生对基本公式的掌握情况。
【难度系数】
0.8
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