Question

14．北斗導(dǎo)航系統(tǒng)又被稱為“雙星定位系統(tǒng)”，具有導(dǎo)航、定位等功能．“北斗”系統(tǒng)中兩顆工作衛(wèi)星均繞地心O做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑為r，某時(shí)刻兩顆工作衛(wèi)星分別位于軌道上的A、B兩位置（如圖所示）．若衛(wèi)星均按順時(shí)針運(yùn)行，地球表面處的重力加速度為g，地球半徑為R．不計(jì)衛(wèi)星間的相互作用力．則以下判斷中正確的是（　�。�

• A． 衛(wèi)星1中質(zhì)量為m的物體的動(dòng)能為$\frac{1}{2}$mgr
• B． 衛(wèi)星1向后噴氣就一定能追上衛(wèi)星2
• C． 衛(wèi)星1由位置A運(yùn)動(dòng)到位置B所需的時(shí)間為$\frac{πr}{6R}$$\sqrt{\frac{r}{g}}$
• D． 這兩顆衛(wèi)星的加速度大小相等，均為$\frac{{R}^{2}g}{{r}^{2}}$

Answer 1

分析 衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力提供向心力，應(yīng)用萬(wàn)有引力公式與牛頓第二定律求出線速度、周期、加速度，然后分析答題．

解答 解：A、衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力提供向心力，由牛頓第二定律得：G$\frac{Mm}{{r}^{2}}$=m$\frac{{v}^{2}}{r}$，地球表面的物體受到的重力等于萬(wàn)有引力：G$\frac{Mm′}{{R}^{2}}$=m′g，解得：v=$\sqrt{\frac{GM}{r}}$=$\sqrt{\frac{g{R}^{2}}{r}}$，衛(wèi)星1中質(zhì)量為m的物體的動(dòng)能：E_K=$\frac{1}{2}$mv²=$\frac{mg{R}^{2}}{2r}$，故A錯(cuò)誤；
B、衛(wèi)星1向后噴氣，衛(wèi)星1的速度變大，衛(wèi)星1做圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力變大，大于該軌道的萬(wàn)有引力，衛(wèi)星1做離心運(yùn)動(dòng)，軌道半徑變大，衛(wèi)星1不可能追上衛(wèi)星2，故B錯(cuò)誤；
C、衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力提供向心力，由牛頓第二定律得：G$\frac{Mm}{{r}^{2}}$=m$（\frac{2π}{T}）^{2}$r，地球表面的物體受到的重力等于萬(wàn)有引力：G$\frac{Mm′}{{R}^{2}}$=m′g，解得：T=2π$\sqrt{\frac{{r}^{3}}{g{R}^{2}}}$，衛(wèi)星1由位置A運(yùn)動(dòng)到位置B所需的時(shí)間：t=$\frac{60°}{360°}$T=$\frac{πr}{3R}$$\sqrt{\frac{r}{g}}$，故C錯(cuò)誤；
D、衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力提供向心力，由牛頓第二定律得：G$\frac{Mm}{{r}^{2}}$=ma，地球表面的物體受到的重力等于萬(wàn)有引力：G$\frac{Mm′}{{R}^{2}}$=m′g，解得：a=$\frac{{R}^{2}g}{{r}^{2}}$，故D正確；
故選：D．

點(diǎn)評(píng) 關(guān)于做圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星類問(wèn)題，要熟練運(yùn)用兩條基本思路：萬(wàn)有引力提供向心力，以及萬(wàn)有引力等于重力，靈活選擇向心力公式的形式求解．