Question

11．如圖所示，某衛(wèi)星S繞地球做周期為T的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，地球相對(duì)衛(wèi)星S的張角為θ，地球質(zhì)量分布均勻的球體，其表面重力加速度為g，引力常量為G，下列說(shuō)法正確的是（　�。�

• A． 衛(wèi)星S的軌道半徑r=$\frac{{T}^{2}gsi{n}^{2}θ}{4{π}^{2}}$
• B． 衛(wèi)星S的速度大小v=$\frac{Tg}{4π}$sin²$\frac{θ}{2}$
• C． 地球的密度為$\frac{3π}{G{T}^{2}si{n}^{3}\frac{θ}{2}}$
• D． 地球的第一宇宙速度大小為$\frac{Tg}{2π}$sin$\frac{θ}{2}$

Answer 1

分析 根據(jù)幾何關(guān)系求得衛(wèi)星軌道半徑，根據(jù)萬(wàn)有引力提供圓周運(yùn)動(dòng)向心力和萬(wàn)有引力等于重力求解．

解答 解：A、由題意令衛(wèi)星的軌道半徑為r，地球的半徑為R，根據(jù)幾何關(guān)系可知，
r=$\frac{R}{sin\frac{θ}{2}}$  ①
根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力得：$\frac{GMm}{{r}^{2}}$=m$\frac{{4π}^{2}}{{T}^{2}}$r   ②
T=2π $\sqrt{\frac{{r}^{3}}{GM}}$   ③
根據(jù)萬(wàn)有引力等于重力，有：$\frac{GMm}{{R}^{2}}$=mg     ④
聯(lián)立解得：R=$\frac{{{gT}^{2}si{n}^{3}（\frac{θ}{2}）}^{\;}}{{4π}^{2}}$⑤，r=$\frac{{{gT}^{2}si{n}^{2}（\frac{θ}{2}）}^{\;}}{{4π}^{2}}$   ⑥
故A錯(cuò)誤；
B、衛(wèi)星S的速度大小為：v=$\frac{2πr}{T}$=$\frac{Tg}{2π}$sin²$\frac{θ}{2}$，故B錯(cuò)誤；
C、地球的質(zhì)量：M=ρV  ⑦
聯(lián)立④⑤⑦得：ρ=$\frac{3π}{G{T}^{2}si{n}^{3}\frac{θ}{2}}$．故C正確；
D、根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力得：
mg=m$\frac{{v}^{2}}{R}$
v=$\sqrt{gR}$=$\frac{Tg}{2π}$$\sqrt{{sin}^{3}\frac{θ}{2}}$，故D錯(cuò)誤．
故選：C

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵是能根據(jù)幾何關(guān)系求得衛(wèi)星軌道半徑與地球半徑的大小關(guān)系，這是學(xué)生容易出錯(cuò)的主要地方．