我们已经学过了关于两个质点之间万有引力的大小是：F=。但是，在某些特殊情况下，非质点之间的万有引力计算及其应用的问题，我们可以利用下面两个已经被严格证明是正确的结论，而获得快速有效地解决：
a．若质点m放置在质量分布均匀的大球壳M（球壳的厚度也均匀）的空腔之内，那么m和M之间的万有引力总是为零。
b．若质点m放置在质量分布均匀的大球体M之外（r≥r₀），那么它们之间的万有引力为：F=，式中的r为质点m到球心之间的距离; r₀为大球体的半径。
假设地球可视为一个质量分布均匀且密度为ρ的球体，通过地球的南北两极之间能够打通一个如图所示的真空小洞。若地球的半径为R，万有引力常数为G，把一个质量为m的小球从北极的洞口由静止状态释放后，小球能够在洞内运动。

（1）求：小球运动到距地心为0.5R处的加速度大小a；
（2）证明：小球在洞内做简谐运动；
（3）求：小球在运动过程中的最大速度v_m。