Question

10．北斗導航系統(tǒng)雙被稱為“雙星定位系統(tǒng)”，具有導航，定位等功能，如圖所示，北斗導航系統(tǒng)中的兩顆工作衛(wèi)星均繞地心勻速圓周運動，且軌道半徑均為r，某時刻工作衛(wèi)星1、2分別位于軌道上的A、B兩個位置，若兩衛(wèi)星均沿順時針方向運行，地球表面的重力加速度為g，地球半徑為R，不計衛(wèi)星間的相互作用力，下列判斷正確的是（　�。�

• A． 這兩顆衛(wèi)星受到地于對它們的引力大小相等
• B． 衛(wèi)星1由A位置運動到B位置所需的時間是$\frac{πr}{3R}$$\sqrt{\frac{r}{g}}$
• C． 衛(wèi)星1由A位置運動到B位置的過程中萬有引力不做功
• D． 衛(wèi)星1向后噴氣就一定能夠追上衛(wèi)星2

Answer 1

分析 根據(jù)萬有引力公式$F=\frac{GMm}{{r}^{2}}$判斷地球?qū)πl(wèi)星吸引力的大小，根據(jù)萬有引力提供圓周運動向心力和地球表面重力與萬有引力相等求解出衛(wèi)衛(wèi)星運動的周期，從而求出衛(wèi)星1由A位置運動到B位置所需的時間，萬有引力始終指向圓心與衛(wèi)星運動的速度方向垂直，故此過程中萬有引力對衛(wèi)星不做功，衛(wèi)星加速后將做離心運動．

解答 解：A、根據(jù)萬有引力公式$F=\frac{GMm}{{r}^{2}}$可知，由于兩衛(wèi)星的質(zhì)量關系不清楚，所以兩顆衛(wèi)星受到地球的引力大小不一定相等，故A錯誤；
B、在地球表面重力與萬有引力大小相等，則$\frac{GMm}{{R}^{2}}=mg$，可得GM=gR²，
萬有引力提供圓周運動向心力有：$\frac{GMm}{{r}^{2}}=m\frac{4{π}^{2}r}{{T}^{2}}$
可得衛(wèi)星運行周期為：T=$2π\(zhòng)sqrt{\frac{{r}^{3}}{GM}}$=$2π\(zhòng)sqrt{\frac{{r}^{3}}{g{R}^{2}}}$，
所以衛(wèi)星從位置1到位置2所需時間t=$\frac{60°}{360°}T$=$\frac{πr}{3R}$$\sqrt{\frac{r}{g}}$，故B正確；
C、衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的過程中，萬有引力提供圓周運動的向心力，故從位置1運動到位置2的過程中，萬有引力始終指向圓心與衛(wèi)星運動的速度方向垂直，故此過程中萬有引力對衛(wèi)星不做功，故C正確；
D、衛(wèi)星1向后噴氣，衛(wèi)星做加速運動，在軌道上做圓周運動所需向心力增加，而提供向心力的萬有引力沒有發(fā)生變化，故衛(wèi)星將做離心運動，衛(wèi)星軌道變大，故衛(wèi)星不能追上同軌道運行的衛(wèi)星2，故D錯誤；
故選：BC

點評 萬有引力引用主要入手點：一是萬有引力提供圓周運動向心力，二是在星球表面重力與萬有引力相等．注意向心力公式的不同表達式是正確解題的關鍵．