Question

18．動(dòng)成功進(jìn)入環(huán)月軌道．如圖所示，陰影部分表示月球，設(shè)想飛船在圓形軌道Ⅰ上作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，在圓軌道Ⅰ上飛行n圈所用時(shí)間為t，到達(dá)A點(diǎn)時(shí)經(jīng)過暫短的點(diǎn)火變速，進(jìn)入橢圓軌道Ⅱ，在到達(dá)軌道Ⅱ近月點(diǎn)B點(diǎn)時(shí)再次點(diǎn)火變速，進(jìn)入近月圓形軌道Ⅲ，而后飛船在軌道Ⅲ上繞月球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，在圓軌道Ⅲ上飛行n圈所用時(shí)間為$\frac{t}{8}$．不考慮其它星體對(duì)飛船的影響，求：
（1）月球的平均密度是多少？
（2）如果在Ⅰ、Ⅲ軌道上有兩只飛船，它們繞月球飛行方向相同，某時(shí)刻兩飛船相距最近（兩飛船在月球球心的同側(cè)，且兩飛船與月球球心在同一直線上），則經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間，他們又會(huì)相距最近？（

Answer 1

分析 （1）根據(jù)萬(wàn)有引力提供圓周運(yùn)動(dòng)向心力求得中心天體質(zhì)量，再根據(jù)密度公式求得密度；
（2）相距最近時(shí)，兩飛船中運(yùn)得快的比運(yùn)動(dòng)得慢的多繞月飛行n周，根據(jù)角速度關(guān)系求解所用時(shí)間即可

解答 解：（1）在圓軌道Ⅲ上的周期：
T₃=$\frac{t}{8n}$…①
由萬(wàn)有引力提供向心力有：$G\frac{mM}{{R}^{2}}$=mR$\frac{4{π}^{2}}{{T}^{2}}$…②
又：M=$ρ\frac{4}{3}$πR³…③
聯(lián)立得：$ρ=\frac{192π{n}^{2}}{G{t}^{2}}$…④
（2）設(shè)飛船在軌道1上的角速度為ω₁，在軌道3上的角速度為ω₃，有${ω}_{1}=\frac{2π}{{T}_{1}}$  ${ω}_{3}=\frac{2π}{{T}_{3}}$，
設(shè)飛船再經(jīng)時(shí)間t相距最近，有：ω₁t-ω₂t=2nπ，得t=$\frac{mt}{7n}$（m=1，2，3，…）他們又會(huì)相距最近，
答：1）月球的平均密度是$\frac{192π{n}^{2}}{G{t}^{2}}$
（2）經(jīng)時(shí)間$\frac{mt}{7n}$（m=1，2，3，…）他們又會(huì)相距最近．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用，開普勒定律的應(yīng)用．同時(shí)根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力列式計(jì)算．