Question

地球和某行星在同一軌道平面內(nèi)同向繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．地球的軌道半徑為R=1.50×10¹¹m，運(yùn)轉(zhuǎn)周期為T(mén)=3.16×107s．地球和太陽(yáng)中心的連線與地球和行星的連線所夾的角叫地球?qū)υ撔行堑挠^察視角（簡(jiǎn)稱視角）．當(dāng)行星處于最大視角處時(shí)，是地球上的天文愛(ài)好者觀察該行星的最佳時(shí)期，如圖甲或圖乙所示，該行星的最大視角θ=14.5°．求：
（1）該行星的軌道半徑r和運(yùn)轉(zhuǎn)周期T₁（sin14.5°=0.25，最終計(jì)算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）
（2）若已知地球和行星均為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，以圖甲和圖乙為初始位置，分別經(jīng)過(guò)多少時(shí)間能再次出現(xiàn)觀測(cè)行星的最佳時(shí)期．（最終結(jié)果用T、T₁、θ 來(lái)表示）

Answer 1

分析：（1）當(dāng)?shù)厍蚺c行星的連線與行星軌道相切時(shí)，視角最大，根據(jù)幾何關(guān)系求出行星的軌道半徑，再通過(guò)開(kāi)普勒第三定律求出運(yùn)轉(zhuǎn)的周期．
（2）地球和行星均為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)再次出現(xiàn)觀測(cè)行星的最佳時(shí)期時(shí)角度存在這樣的關(guān)系，ωt-ω₁t=（π±2θ），根據(jù)該關(guān)系求出再次出現(xiàn)觀測(cè)行星的最佳時(shí)期的時(shí)間．

解答：解：（1）由題意當(dāng)?shù)厍蚺c行星的連線與行星軌道相切時(shí)，視角最大
可得行星的軌道半徑r為：r=Rsinθ代入數(shù)據(jù)得r=3.8×10¹⁰m
設(shè)行星繞太陽(yáng)的運(yùn)轉(zhuǎn)周期為T(mén)′，由開(kāi)普勒第三定律：有

R3

T2

=

r3

T 2 1

代入數(shù)據(jù)得T′=4.0×10⁶s
（2）當(dāng)再次出現(xiàn)觀測(cè)行星的最佳時(shí)期時(shí)角度關(guān)系為：ωt-ω₁t=（π±2θ），
即

2π

T

t-

2π

T1

t=π±2θ
解得：t=

(π±2θ)TT1

2π(T-T1)

．
答：（1）該行星的軌道半徑r和運(yùn)轉(zhuǎn)周期T₁分別為3.8×10¹⁰m、4.0×10⁶s．
（2）經(jīng)過(guò)

(π±2θ)TT1

2π(T-T1)

再次出現(xiàn)觀測(cè)行星的最佳時(shí)期．

點(diǎn)評(píng)：本題對(duì)數(shù)學(xué)幾何能力的要求較高，會(huì)根據(jù)幾何關(guān)系求出行星的軌道半徑，以及會(huì)通過(guò)角度關(guān)系求出再次出現(xiàn)觀測(cè)行星的最佳時(shí)期的時(shí)間．