题目内容

20.如图所示,太阳和地球组成“日地双星系统”,两者绕共同的圆心C(图中未画出)做周期相同的圆周运动.数学家拉格朗日发现,处在拉格朗日点(如图所示)的航天器在太阳和地球引力的共同作用下可以绕“日地双星系统”的圆心C做周期相同的圆周运动,从而使日、地、航天器三者在太空的相对位置保持不变.不考虑航天器对日地双星系统的影响,不考虑其它天体对该系统的影响.已知:太阳质量为M地球质量为m太阳与地球球心距离为d则下列说法正确的是(  )
A.位于拉格朗日点绕C稳定运行的航天器,其向心加速度小于地球的向心加速度
B.日地双星系统的周期为T=2π$\sqrt{\frac{{d}^{3}}{GMm}}$
C.圆心C太阳和地球的连线上,距离太阳和地球球心的距离之比等于太阳和地球的质量之比
D.拉格朗日点距地球球心的距离x满足关系式G$\frac{M}{{(d+x)}^{2}}$+G$\frac{m}{{x}^{2}}$=G$\frac{M+m}{{d}^{3}}$(X+$\frac{dM}{M+m}$)

分析 位于拉格朗日点的绕C点稳定运行的航天器的周期与地球的周期相同,根据$a=(\frac{2π}{T})^{2}r$可知,离C点越远加速度越大.
根据万有引力提供向心力,对地球:$G\frac{Mm}{{d}^{2}}=m\frac{4{π}^{2}}{{T}^{2}}{r}_{1}$,对太阳:$G\frac{Mm}{{d}^{2}}=M\frac{4{π}^{2}}{{T}^{2}}{r}_{2}$,由此二式可以解得周期T和地球距离C点的距离.
航天器在太阳和地球引力的共同作用下可以绕“日地双星系统”的圆心C点做周期相同的圆周运动,设航天器的质量为m0,根据合力提供向心力得$G\frac{M{m}_{0}}{(d+x)^{2}}+G\frac{m{m}_{0}}{{x}^{2}}={m}_{0}\frac{4{π}^{2}}{{T}^{2}}(x+\frac{dM}{M+m})$,代入周期化简即可.

解答 解:A、位于拉格朗日点的绕C点稳定运行的航天器的周期与地球的周期相同,根据$a=(\frac{2π}{T})^{2}r$可知,离C点越远加速度越大,故A错误.
B、太阳和地球组成“日地双星系统”,两者绕共同的圆心C点(图中未画出)做周期相同的圆周运动.
根据万有引力提供向心力,对地球:$G\frac{Mm}{{d}^{2}}=m\frac{4{π}^{2}}{{T}^{2}}{r}_{1}$
对太阳:$G\frac{Mm}{{d}^{2}}=M\frac{4{π}^{2}}{{T}^{2}}{r}_{2}$
两式相加$G\frac{M+m}{{d}^{2}}=\frac{4{π}^{2}}{{T}^{2}}({r}_{1}+{r}_{2})$
因为d=r1+r2
所以$T=2π\sqrt{\frac{{d}^{3}}{G(M+m)}}$
故B错误.
C、由$G\frac{Mm}{{d}^{2}}=m\frac{4{π}^{2}}{{T}^{2}}{r}_{1}$和$G\frac{Mm}{{d}^{2}}=M\frac{4{π}^{2}}{{T}^{2}}{r}_{2}$可得$\frac{{r}_{2}}{{r}_{1}}=\frac{m}{M}$,即圆心C点在太阳和地球的连线上,距离太阳和地球球心的距离之比等于太阳和地球的质量的反比,故C错误.
D、根据$\frac{{r}_{2}}{{r}_{1}}=\frac{m}{M}$和d=r1+r2可得,地球距离圆心C点距离为${r}_{1}=\frac{dM}{M+m}$
航天器在太阳和地球引力的共同作用下可以绕“日地双星系统”的圆心C点做周期相同的圆周运动,设航天器的质量为m0
则$G\frac{M{m}_{0}}{(d+x)^{2}}+G\frac{m{m}_{0}}{{x}^{2}}={m}_{0}\frac{4{π}^{2}}{{T}^{2}}(x+\frac{dM}{M+m})$
即$G\frac{M}{{(d+x)}^{2}}+G\frac{m}{{x}^{2}}=G\frac{M+m}{{d}^{3}}(x+\frac{dM}{M+m})$
故D正确.
故选:D

点评 本题考查万有引力的应用,题目较为新颖,在解题时要注意分析向心力的来源及题目中隐含的条件.

练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网