Question

13．土星擁有許多衛(wèi)星，至目前為止所發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星數(shù)已經(jīng)有30多個(gè)．土衛(wèi)一是土星8個(gè)大的、形狀規(guī)則的衛(wèi)星中最小且最靠近土星的一個(gè)，直徑392公里，與土星平均距離約1.8×10⁵公里，公轉(zhuǎn)周期為23小時(shí)，正好是土衛(wèi)三公轉(zhuǎn)周期的一半，這兩個(gè)衛(wèi)星的軌道近似于圓形．求：
（1）土衛(wèi)三的軌道半徑（已知：$\root{3}{2}$=1.26，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）；
（2）土星的質(zhì)量（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)開普勒第三定律求出土衛(wèi)三的軌道半徑．
（2）根據(jù)萬有引力提供向心力，結(jié)合軌道半徑和周期求出土星的質(zhì)量．

解答 解：（1）根據(jù)開普勒第三定律$\frac{R^3}{T^2}=k$，可知土衛(wèi)一的軌道半徑r₁、周期T₁與土衛(wèi)三的軌道半徑r₂、周期T₂滿足：$\frac{{{R_1}^3}}{{{T_1}^2}}=\frac{{{R_2}^3}}{{{T_2}^2}}$，
所以${R_2}=\root{3}{{\frac{{{T_2}^2}}{{{T_1}^2}}}}{R_1}={（\root{3}{2}）^2}×1.8×{10^5}=2.9×{10^5}km$．
（2）根據(jù)土衛(wèi)一繞土星運(yùn)動(dòng)有：$G\frac{Mm}{{{R}_{1}}^{2}}=m{R}_{1}\frac{4{π}^{2}}{{{T}_{1}}^{2}}$
可得土星質(zhì)量：$M=\frac{4×3.1{4}^{2}×（1.8×1{0}^{8}）^{3}}{6.67×1{0}^{-11}×（23×3600）^{2}}$=5×10²⁶kg．
答：（1）土衛(wèi)三的軌道半徑為2.9×10⁵km
（2）土星的質(zhì)量為5×10²⁶kg．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵掌握萬有引力提供向心力這一重要理論，并能靈活運(yùn)用，難度不大．