题目内容

2.2016年12月23日日据《科技日报》今日报道,使用传统火箭的时候,从地球出发前往火星的单程“旅行”大约是6到7个月,相比传统引擎,如果电磁驱动引擎能够成功投入实际运动,人类可以在10个星期内抵达火星.中国已经开发了低轨道太空测试设备,目前安装在了天宫二号上进行测试,处于领先地位.若能将飞行器P送到火星附近使其绕火星做匀速圆周运动.如图所示,火星相对飞行器的张角为θ,火星半径为R,飞行器绕火星做匀速圆周运动的轨迹半径为r,若想求得火星的质量,下列条件满足的是(  )
A.若测得飞行器周期和火星半径R,可得到火星的质量
B.若测得飞行器周期和轨道半径r,可得到火星的质量
C.若测得飞行器周期和张角θ,可得到火星的质量
D.以上条件都不能单独得到火星的质量

分析 根据几何知识求出飞行器的半径,由开普勒第三定律分析其周期与轨道半径的关系.由地球的万有引力提供向心力,根据万有引力定律求解地球的质量M

解答 解:设星球的质量为M,半径为R,平均密度为ρ.飞行器的质量为m,轨道半径为r,周期为T.
对于飞行器,根据万有引力提供向心力得:$\frac{GMm}{{r}^{2}}$=mr$\frac{{4π}^{2}}{{T}^{2}}$
所以:M=$\frac{4{π}^{2}{r}^{3}}{G{T}^{2}}$,所以若测得飞行器周期和轨道半径r,可得到火星的质量.
又由几何关系得:R=rsin$\frac{θ}{2}$
所以:M=$\frac{4{π}^{2}(Rsin\frac{θ}{2})^{3}}{G{T}^{2}}$.若测得飞行器周期、火星半径R和张角θ,可得到火星的质量.
星球的平均密度 ρ=$\frac{M}{\frac{4{πR}^{3}}{3}}$=$\frac{3π•si{n}^{3}\frac{θ}{2}}{G{T}^{2}}$,知测得周期和张角,可得到星球的平均密度.故B正确,ACD错误;
故选:B

点评 本题关键掌握万有引力定律和万有引力等于向心力这一基本思路,结合几何知识进行解题.

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