Question

已知地球半徑為R，地球同步衛(wèi)星離地面的高度為h，周期為T₀．另有一顆軌道平面在赤道平面內(nèi)繞地球自西向東運(yùn)行的衛(wèi)星，某時(shí)刻該衛(wèi)星能觀察到的赤道弧長最大為赤道周長的三分之一．求：
（1）該衛(wèi)星的周期；
（2）該衛(wèi)星相鄰兩次經(jīng)過地球赤道上某點(diǎn)的上空所需的時(shí)間．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)萬有引力提供向心力列出等式求解
（2）衛(wèi)星相鄰兩次經(jīng)過地球赤道上某點(diǎn)的上空轉(zhuǎn)過的角度之差為2π，由幾何關(guān)系列出等式求解．

解答：解：（1）該衛(wèi)星所觀察地球赤道弧長為赤道周長的三分之一，該圓弧對應(yīng)的圓心角為120°，由幾何關(guān)系知該衛(wèi)星軌道半徑為r=2R     
設(shè)該衛(wèi)星質(zhì)量為m，周期為T，地球質(zhì)量為M

GMm

r2

=

m?4π2r

T2

                
設(shè)同步衛(wèi)星的質(zhì)量為m₀，

GMm0

(R+h)2

=

m0?4π2(R+h)

T02

          
解得：T=T₀

( 2R R+h )3

                  
（2）設(shè)該衛(wèi)星相鄰兩次經(jīng)過地球赤道上某點(diǎn)的上空所需的時(shí)間為t

t

T

-

t

T0

=1                            
解得t=

(2R)3 T0

(R+h)3 - (2R)3

             
答：（1）該衛(wèi)星的周期是T₀

( 2R R+h )3

        
（2）該衛(wèi)星相鄰兩次經(jīng)過地球赤道上某點(diǎn)的上空所需的時(shí)間是

(2R)3 T0

(R+h)3 - (2R)3

．

點(diǎn)評：本題難度中等，明確衛(wèi)星相鄰兩次經(jīng)過地球赤道上某點(diǎn)的上空轉(zhuǎn)過的角度之差為2π，天體運(yùn)動實(shí)際還是圓周運(yùn)動，只是本類型題物理量較多，公式推導(dǎo)及其復(fù)雜