两颗卫星在同一轨道平面绕地球作匀速圆周运动,地球半径为R,a卫星离地面的高度为R,b卫星离地面的高度为3R,则

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  • 解题思路:两颗卫星在同一轨道平面绕地球作匀速圆周运动,轨道半径不同,我们可利用万有引力提供它们做圆周运动的向心力来列式分析.

    设地球的质量为M,a、b卫星质量分别为ma、mb,线速度分别为va、vb,周期分别为Ta、Tb,a、b卫星所在轨道处的重力加速度分别为ga、gb

    (1)由万有引力提供向心力:

    对a卫星:

    GMma

    (2R)2=ma

    v2a

    2R①

    对b卫星:

    GMmb

    (4R)2=mb

    v2b

    4R②

    解①②两式得:

    va

    vb=

    2

    1③

    (2)由圆周运动的规律:T=

    2πr

    v可得:

    Ta=

    2π×2R

    va④

    Tb=

    2π×4R

    vb⑤

    解④⑤两式得:

    Ta

    Tb=

    2vb

    va

    代入③得:

    Ta

    Tb=

    2vb

    va=

    2

    2

    (3)由万有引力约等于重力有:

    对a卫星:

    GMma

    (2R)2=maga ⑥

    对b卫星:

    GMmb

    (4R)2=mbgb⑦

    解⑥⑦两式得:

    ga

    gb=

    4

    1

    答:(1)a、b两卫星运行的线速度大小之比

    va

    vb=

    2

    1

    (2)a、b两卫星的周期之比

    Ta

    Tb=

    2

    2

    (3)a、b两卫星所在轨道处的重力加速度大小之比

    ga

    gb=

    4

    1

    点评:

    本题考点: 万有引力定律及其应用;牛顿第二定律;线速度、角速度和周期、转速.

    考点点评: 本题关键抓住万有引力提供向心力,列式表示出线速度、角速度、周期等物理量,再进行比较即可.

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