月球自转一周的时间与月球绕地球公转的周期相等均为T0,“嫦娥一号”探月卫星成功进入“极月轨道”,即通过月球两极上空的圆形轨道,距月球表面的高度为h,若月球质量为M,月球半径为R,引力常量为G.
(1)求“嫦娥一号”绕月运行的周期.
(2)在月球自转一周的过程中,“嫦娥一号”绕月运行多少圈?
(3)“嫦娥一号”携带了一台CCD摄像机,随着卫星的飞行,摄像机将对月表进行连续拍摄,拍摄不受日照的影响.要求在月球自转一周的时间里,将月球各处全部拍下来,摄像机拍摄到的月球表面赤道上的宽度至少是多少?
解题思路:(1)嫦娥一号所受万有引力提供圆周运动向心力由此计算其周期;
(2)根据周期关系计算月球自转一周的过程中,嫦娥一号绕月运行多少圈;
(3)月球自转一周,过程中嫦娥一号绕行N圈,根据几何关系有像机拍摄赤道宽度等于d=[2πR/2n]代入数据计算即可.
(1)嫦娥一号绕月球飞行,万有引力提供圆周运动向心力有:
[GMm
(R+h)2=m(R+h)(
2π/T)2
由此可得嫦娥一号运行周期为:T=
4π2(R+h)3
GM]
(2)嫦娥一号运行N圈的时间和月球自转一周的时间相同,故有:
nT=T0
得:n=
T0
T =T0
GM
4π2(R+h)3
(3)令摄像机拍摄赤道宽为d,则嫦娥一号绕月球一周拍摄赤道长度为2d,在月球自转一周的过程中嫦娥一号绕行N圈,故根据几何关系有:
2d•n=2πR
得:d=
2πR
n=πR•
1
T0
4π2(R+h)3
GM=
2π2R
T0
(R+h)3
GM
答:(1)嫦娥一号的周期为
4π2(R+h)3
GM;
(2)月球自转一周的过程中嫦娥一号绕月球T0
GM
4π2(R+h)3圈
(3)摄像机拍摄到的月球表面赤道上的宽度至少是
2π2R
T0
(R+h)3
GM.
点评:
本题考点: 人造卫星的加速度、周期和轨道的关系;万有引力定律及其应用.
考点点评: 抓住万有引力提供嫦娥一号圆周运动向心力,掌握向心力的不同表达式是正确解题的关键.
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