20 新情境 航空航天 [2025 杭州西湖校级期中]
带着移居火星生活，实现人类真正走出地球的梦想，“天问一号”火星探测器于2020年7月23日发射，历时10个月，于2021年5月15日成功在火星着陆。中国成为第3个触摸这颗红色星球的国家！
（1）探测器软着陆是最难的，需要经历“减速、匀速、悬停、着陆”等阶段，期间探测器不断向下喷气。在“匀速”阶段如图所示，若不计空气阻力，则探测器的喷气方向应该是（填“竖直向下”“与探测器运动的方向相反”或“与探测器运动的方向相同”）。

（2）着陆后，“祝融号”火星车从着陆器中驶出。已知火星车质量为240 kg，求火星车在火星上受到的重力。（已知火星上物体所受重力为地球上的$\frac{2}{5}$，$g_{地}$取10 N/kg）
（3）若“祝融号”火星车车轮与火星表面的总接触面积为240 cm²，求“祝融号”对火星水平表面的压强。

(1) 竖直向下
(2) 火星车质量为240 kg,火星车在火星上受到的重力$G=mg_火=m·\frac{2}{5}g_地=240\ \mathrm{kg}×\frac{2}{5}×10\ \mathrm{N/kg}=960\ \mathrm{N}$
(3) “祝融号”对火星水平表面的压力等于自身重力,故“祝融号”对火星水平表面的压强$p=\frac{F}{S}=\frac{G}{S}=\frac{960\ \mathrm{N}}{240×10^{-4}\ \mathrm{m^2}}=4×10^4\ \mathrm{Pa}$

【分析】
本题结合火星探测器的新情境，分三小问考查力学相关知识：（1）匀速阶段探测器受力平衡，需利用力的作用相互性判断喷气方向；（2）根据火星重力与地球重力的关系计算火星车在火星的重力；（3）利用压强公式计算火星车对火星表面的压强，需注意单位转换。
【解析】
（1）探测器匀速运动时，竖直方向受力平衡，重力竖直向下，需受到竖直向上的反作用力。根据力的作用是相互的，探测器向下喷气时，气体对探测器产生向上的反作用力，因此喷气方向为竖直向下。
（2）已知火星车质量$m=240\ \mathrm{kg}$，火星上物体重力为地球上的$\frac{2}{5}$，$g_{地}=10\ \mathrm{N/kg}$，则火星车在火星上的重力：
$G = m · \frac{2}{5}g_{地} = 240\ \mathrm{kg} × \frac{2}{5} × 10\ \mathrm{N/kg} = 960\ \mathrm{N}$。
（3）火星车对火星水平表面的压力等于自身重力，即$F=G=960\ \mathrm{N}$；车轮与火星表面总接触面积$S=240\ \mathrm{cm^2}=240 × 10^{-4}\ \mathrm{m^2}=0.024\ \mathrm{m^2}$，根据压强公式$p=\frac{F}{S}$，得：
$p = \frac{960\ \mathrm{N}}{0.024\ \mathrm{m^2}} = 4 × 10^4\ \mathrm{Pa}$。
【答案】
(1) 竖直向下；(2) 960 N；(3) $4×10^4$ Pa
【知识点】
力的作用相互性、重力计算、压强计算
【点评】
本题以火星探测为背景，将力学知识与科技应用结合，考查基础力学公式的应用，需注意受力分析和单位转换，难度适中，适合学生巩固力学基础。
【难度系数】
0.6