Question

為了探索宇宙的無(wú)窮奧秘，人們進(jìn)行了不懈努力，假設(shè)我們發(fā)射了一顆繞X行星的衛(wèi)星，不停地向地球發(fā)射無(wú)線電波，而地球上的接收裝置與衛(wèi)星繞X行星的軌道平面在同一平面內(nèi)，接收裝置具有測(cè)量向著該裝置和背離該裝置的速度的功能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①接收到的信號(hào)時(shí)有時(shí)無(wú)，t₁時(shí)間內(nèi)有信號(hào)，接著t₂時(shí)間內(nèi)無(wú)信號(hào)，周而復(fù)始，不斷重復(fù)，用t₁≈t₂=t₀；②接收到的速度信號(hào)隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示（圖中v₀為已知，符號(hào)為正的表示指向接收器的速度，符號(hào)為負(fù)表示是背離接收器的速度）．試根據(jù)以上特點(diǎn)求：
（1）該行星的平均密度；
（2）該行星的質(zhì)量；
（3）該行星的第一宇宙速度和表面的重力加速度．
（注：所有答案均用相關(guān)常量和t₀、v₀表示）

Answer 1

分析：根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力表示出中心體的質(zhì)量，再求出密度．
根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)求出行星的半徑，再求出其質(zhì)量．
第一宇宙速度是近地衛(wèi)星的運(yùn)行速度，根據(jù)萬(wàn)有引力等于重力求出重力加速度．

解答：解：由題意知道，T=2t₀，是近X行星的衛(wèi)星的周期，運(yùn)行速度為v₀．
（1）根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力得

GMm

r2

=

m?4π2r

T2

  r=R
M=

4π2r3

GT2

 
ρ=

M

V

=

3π

4 Gt 2 0

（2）根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)得
T=

2πR

v0

R=

t0v0

π

M=ρ?

4

3

πR³=

t0v 3 0

Gπ

（3）第一宇宙速度是近地衛(wèi)星的運(yùn)行速度，所以第一宇宙速度是v₀ ．
根據(jù)萬(wàn)有引力等于重力得
重力加速度g=

GM

R2

=

πv0

t0

．
答：（1）該行星的平均密度是

3π

4 Gt 2 0

；
（2）該行星的質(zhì)量是

t0v 3 0

Gπ

；
（3）該行星的第一宇宙速度和表面的重力加速度是

πv0

t0

．

點(diǎn)評(píng)：解決該題關(guān)鍵要清楚圖象的意義和獲得的信息，再結(jié)合萬(wàn)有引力定律的知識(shí)求解．