题目内容

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上做匀速圆周运动,到达A点时经过短暂的点火变速,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上绕月球做匀速圆周运动,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.不考虑其他星体对飞船的影响,求:
(1)飞船在轨道I、III上的速度之比:
(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.
分析:(1)根据万有引力提供向心力得出线速度与轨道半径的关系,从而得出速度之比.
(2)根据万有引力提供向心力和万有引力等于重力求出飞船在轨道I上的运动周期.
(3)根据开普勒第三定律求出飞船在椭圆轨道上的周期,从而求出飞船从轨道II上远月点A运动至近月点B所用的时间.
解答:解:(1)根据G
Mm
r2
=m
v2
r
,
知v=
GM
r
,
因为r1=4R,r3=R,
则
v1
v3
=
r3
r1
=
1
2
.
(2)根据G
Mm
(4R)2
=m?4R
4π2
T2
,
又G
Mm
R2
=mg
0
联立两式解得T=16π
R
g0
.
(3)椭圆的半长轴为2.5R
根据开普勒第三定律得,
(2.5R)3
T′2
=
(4R)3
T2

解得T′≈8π
R
g0

则飞船从轨道II上远月点A运动至近月点B所用的时间t=
T′
2
=4π
R
g0
.
答:(1)飞船在轨道I、III上的速度之比为1:2.
(2)飞船在轨道I上的运动周期为16π
R
g0
.
(3)飞船从轨道II上远月点A运动至近月点B所用的时间为4π
R
g0
.
点评:本题主要考查万有引力定律的应用,开普勒定律的应用.同时根据万有引力提供向心力列式计算.
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