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2007年10月24日，中国首颗探月卫星“嫦娥一号”在西昌卫星发射中心发射升空，准确进入预定轨道．随后，“嫦娥一号”经过变轨和制动成功进入环月轨道．如图所示，阴影部分表示月球，设想飞船在距月球表面高度为3R的圆形轨道Ⅰ上作匀速圆周运动，到达A点时经过暂短的点火变速，进入椭圆轨道Ⅱ，在到达轨道Ⅱ近月点B点时再次点火变速，进入近月圆形轨道Ⅲ，而后飞船在轨道Ⅲ上绕月球作匀速圆周运动．已知月球半径为R，月球表面的重力加速度为g0，引力常量为G．不考虑其它星体对飞船的影响，求：
（1）飞船在轨道Ⅰ、Ⅲ的速度之比．
（2）飞船在轨道Ⅰ上的运动周期．
（3）飞船从轨道Ⅱ上远月点A运动至近月点B所用的时间．
（1）在轨道I有G
Mm
(4R)2
=m
v21
4R
 （1）
在轨道II上有G
Mm
R2
=m
v2m
R
（2）
（1）÷（2）得：
v1
vm
=
1
2

（2）设飞船在轨道I上的运动周期为T1，在轨道I有
G
Mm
(4R)2
=m
4π2
T21
4R（3）
在月球表面有 G
Mm
R2
=mg1 （4）
联立（3）（4）解得：T1=16π
R
g1
 （5）
（3）设飞船在轨道II上的运动周期T2，轨道II的半长轴为2.5R，根据开普勒定律得
T22
(2.5R)3
=
T21
(4R)3
 （6）
由（5）（6）可解得：T2=7.9π
R
g1

飞船从A到B的飞行时间为t=
T2
2
=4π
R
g1

答：（1）飞船在轨道Ⅰ、Ⅲ的速度之比为1：2；
（2）飞船在轨道Ⅰ上的运动周期T1=16π
R
g1
；
（3）飞船从轨道Ⅱ上远月点A运动至近月点B所用的时间=4π
R
g1
．
练习册系列答案
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2013年6月13日，神州十号与天宫一号成功实现自动交会对接．假设神州十号与天宫一号都在各自的轨道上做匀速圆周运动．已知引力常量为G，下列说法正确的是（　　）
A．由神州十号运行的周期和轨道半径可以求出地球的质量
B．由神州十号运行的周期可以求出它离地面的高度
C．若神州十号的轨道半径比天宫一号大，则神州十号的周期比天宫一号小
D．漂浮在天宫一号内的宇航员处于平衡状态
在22世纪末，一宇航员乘宇宙飞船到达一半径为r的某星球地面，（该星球地面的重力加速度g未知）．他将所带的一个如图所示，半径为R，内径很小的光滑半圆管竖直放置，两个质量均为m的小球A、B以不同速率从半圆管下入口处进入管内，测得A通过最高点C后，从C点平抛飞落到水平面上耗时为T．测得B通过最高点C时，对管壁上下部的压力均为0，还测得A、B两球落地点间的水平距离差为4R，且A球射出C点时的速度vA大于B球射出C点时的速度vB，已知万有引力恒量为G，忽略该星球的自转，球的体积公式为V=
4
3
πr3．求：
（1）该星球地面的重力加速度g；
（2）该星球的密度ρ；
（3）A通过最高点C时，管壁上部对A的压力为多大？
2011年美国国家航空航天局（NASA）发现了可能存在生命的行星“开普勒22b“，它与地球相隔600光年，半径约为地球半径的2.4倍．“开普勒22b”绕恒星“开普勒22”运动的周期为290天，轨道半径为R1，地球绕太阳运动的轨道半径为R2，测得R1：R2=0.85．由上述信息可知，恒星“开普勒22”与太阳的质量之比约（　　）
A．0.1B．1C．10D．100
如图所示，两个质量均为M，半径均为R的均匀球，其最近两点间的距离为L，则它们间的万有引力大小为（　　）
A．两球不可以看成质点，无法计算
B．G
M2
L2
C．G
M2
(L+R)2
D．G
M2
(L+2R)2
设某星球的质量为M，绕星球做匀速圆周运动的卫星质量为m，轨道半径为r，已知万有引力常数为G，某星球半径为R，星球表面自由落体加速度为g．求：
（1）求卫星绕某星球运转的周期T．（用r、M表示）
（2）若某星球的质量M是未知的，用其他已知的物理量求出某星球的质量M和某星球密度的表达式．（用g、R表示）
（3）求某星球第一宇宙速度．（用g、R表示）
质量为m的探月航天器在离月球表面高度为R的轨道上飞行，其运动视为匀速圆周运动．已知月球质量为M，月球半径也为R，月球表面重力加速度为g，引力常量为G，不考虑月球自转的影响，则航天器的（　　）
A．角速度ω=
2gR
B．线速度v=
GM
2R
C．运行周期T=2π
g
2R
D．向心加速度a=
Gm
R2
宇宙飞船围绕太阳在近似圆周的轨道运动，若其轨道半径是地球轨道半径的4倍，则它们飞船绕太阳运行的周期是（　　）
A．2年B．4年C．8年D．16年
已知月球绕地球做匀速圆周运动的周期为T、轨道半径为r，地球表面的重力加速度g，试求出地球的密度．（引力常量G为已知量）

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