Question

（10分）中國(guó)首個(gè)月球探測(cè)計(jì)劃“嫦娥工程”預(yù)計(jì)在2017年送機(jī)器人上月球，實(shí)地采樣送回地球，為載人登月及月球基地選址做準(zhǔn)備．設(shè)想我國(guó)宇航員隨“嫦娥”號(hào)登月飛船繞月球飛行，飛船上備有以下實(shí)驗(yàn)儀器：A．計(jì)時(shí)表一只，B．彈簧秤一把，C．已知質(zhì)量為m的鉤碼一個(gè)．在飛船貼近月球表面時(shí)可近似看成繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，宇航員測(cè)量出飛船在靠近月球表面的圓形軌道繞行N圈所用的時(shí)間為t．飛船的登月艙在月球上著陸后，遙控機(jī)器人利用所攜帶的儀器又進(jìn)行了第二次測(cè)量，利用上述兩次測(cè)量所得的物理量可出推導(dǎo)出月球的半徑和質(zhì)量．（已知萬(wàn)有引力常量為G、不計(jì)月球的自轉(zhuǎn)），要求：
（1）機(jī)器人進(jìn)行第二次測(cè)量的內(nèi)容是什么？
（2）試推導(dǎo)用上述測(cè)量的物理量表示的月球半徑和質(zhì)量的表達(dá)式．

Answer 1

（1）機(jī)器人在月球上用彈簧秤豎直懸掛物體，靜止時(shí)讀出彈簧秤的讀數(shù)F，即為物體在月球上所受重力的大小
（2）

（1）機(jī)器人在月球上用彈簧秤豎直懸掛物體，靜止時(shí)讀出彈簧秤的讀數(shù)F，即為物體在月球上所受重力的大小              （2分）
（2）在月球上忽略月球的自轉(zhuǎn)可知
=F ①                   （1分）
 ②                ………（1分）
飛船在繞月球運(yùn)行時(shí)，因?yàn)槭强拷�月球表面，故近似認(rèn)為其軌道半徑為月球的半徑R，由萬(wàn)有引力提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力可知
③    （1分）      又
       ④                          （1分）
由①、②、③、④式可知月球的半徑  ………（2分）
月球的質(zhì)量                 （2分）