Question

17．天宮二號(hào)在距地面h高度處繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．2016年10月19日，神舟十一號(hào)飛船發(fā)射成功，與天宮二號(hào)空間站圓滿完成自動(dòng)交會(huì)對(duì)接．已知地球質(zhì)量為M，半徑為R，引力常量為G．
（1）求天宮二號(hào)在軌運(yùn)行線速度v的大��；
（2）求天宮二號(hào)在軌運(yùn)行周期T；
（3）若天宮二號(hào)在軌運(yùn)行周期T=90分鐘，在赤道上空由西向東運(yùn)動(dòng)．請(qǐng)結(jié)合計(jì)算，分析說(shuō)明天宮二號(hào)中的航天員在24小時(shí)之內(nèi)大約能看到幾次日出．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力求“天宮二號(hào)”繞地球的運(yùn)動(dòng)的線速度大��；
（2）根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力求“天宮二號(hào)”繞地球的運(yùn)動(dòng)周期；
（3）飛船每運(yùn)行一周可以看到一次日出日落，飛船飛行24h，共計(jì)飛行多少圈就能看到多少次日出日落

解答 解：（1）設(shè)天宮二號(hào)質(zhì)量為m，根據(jù)萬(wàn)有引力定律和牛頓第二定律
萬(wàn)有引力提供向心力    $G\frac{Mm}{（R+h）_{\;}^{2}}=m\frac{{v}_{\;}^{2}}{R+h}$
解得線速度         $v=\sqrt{\frac{GM}{R+h}}$
（2）根據(jù)周期公式  $G\frac{Mm}{（R+h）_{\;}^{2}}=m\frac{4{π}_{\;}^{2}}{{T}_{\;}^{2}}（R+h）$
解得周期     $T=2π（R+h）\sqrt{\frac{R+h}{GM}}$
（3）一天之內(nèi)，可認(rèn)為地球相對(duì)于太陽(yáng)的位置近似不變，所以天宮二號(hào)繞行地球一周，可看到1次日出．因?yàn)樵?4小時(shí)之內(nèi)天宮二號(hào)繞地球的圈數(shù)$n=\frac{t}{T}=\frac{24}{1.5}=16$圈，所以一天之內(nèi)大約能看到16次日出．        
答：（1）天宮二號(hào)在軌運(yùn)行線速度v的大小為$\sqrt{\frac{GM}{R+h}}$；
（2）天宮二號(hào)在軌運(yùn)行周期T為$2π（R+h）\sqrt{\frac{R+h}{GM}}$；
（3）天宮二號(hào)中的航天員在24小時(shí)之內(nèi)大約能看到16次日出．

點(diǎn)評(píng) 本題要掌握萬(wàn)有引力提供向心力$G\frac{Mm}{{r}_{\;}^{2}}=ma=m\frac{{v}_{\;}^{2}}{r}=m{ω}_{\;}^{2}r=m\frac{4{π}_{\;}^{2}}{{T}_{\;}^{2}}r$這個(gè)核心原理，同時(shí)要能夠根據(jù)題意選擇恰當(dāng)?shù)南蛐牧Φ谋磉_(dá)式．