Question

我國“神舟”六號(hào)宇宙飛船已經(jīng)發(fā)射成功，當(dāng)時(shí)在飛船控制中心的大屏幕上出現(xiàn)的一幅衛(wèi)星運(yùn)行軌跡圖，如圖，它記錄了“神舟”六號(hào)飛船在地球表面垂直投影的位置變化．圖中表示在一段時(shí)間內(nèi)飛船繞地球圓周飛行四圈，依次飛經(jīng)中國和太平洋地區(qū)的四次軌跡①、②、③、④，圖中分別標(biāo)出了各地點(diǎn)的經(jīng)緯度（如：在軌跡①通過赤道時(shí)的經(jīng)度為西經(jīng)156°，繞行一圈后軌跡②再次經(jīng)過赤道時(shí)經(jīng)度為180°…），若已知地球半徑為R，地球表面處的重力加速度g，地球自轉(zhuǎn)周期為24h，根據(jù)圖中的信息：

（1）如果飛船運(yùn)行周期用T表示，試寫出飛船離地面高度的表達(dá)式
（2）飛船運(yùn)行一周，地球轉(zhuǎn)過的角度是多少？
（3）求飛船運(yùn)行的周期．

Answer 1

（1）飛船繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬有引力提供，
設(shè)地球質(zhì)量是M，飛船質(zhì)量是m，軌道半徑是r，
由牛頓第二定律可得：G

Mm

r2

=m(

2π

T

)2r…①
地球表面的物體m′受到的重力等于地球?qū)λ�的萬有引力，
即：m′g=G

Mm′

R2

…②
由①②可以解得：r=

3	gR2T2 4π2

，
則飛船離地面的高度h=r-R=

3	gR2T2 4π2

-R；
（2）從圖中信息可知，“神舟六號(hào)”轉(zhuǎn)一圈，地球自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過180°-156°=24°，
（3）“神舟六號(hào)”的周期為：T=

24°

360°

×T_地球=

1

15

×3600×24=5760s=1.6h．
答：（l）如果飛船運(yùn)行周期用T表示，飛船離地面的高度h=

3	gR2T2 4π2

-R；
（2）飛船運(yùn)行一周，地球轉(zhuǎn)過的角度是24°．
（3）飛船運(yùn)行的周期是1.6h．