解题思路:(1)卫星绕月做圆周运动时,由月球的万有引力提供向心力,知道距月球表面高为H,月球半径为RM,绕行的周期为TM,根据由牛顿第二定律可求出月球的质量.月球绕地球公转时,由地球的万有引力提供向心力,由月球公转的周期为TE,半径为R0.地球半径为RE,根据由牛顿第二定律可求出地球的质量.
(2)根据几何知识求出卫星到地面最短距离,再求出时间.
(1)由牛顿第二定律得:F向=man=m(
2π
T)2r
万有引力定律公式为:F引=G
Mm
r2
月球绕地公转时由万有引力提供向心力,故有:G
M月M地
R20=M月(
2π
TE)2R0…①
同理,探月卫星绕月运动时有:G
M月M卫
(RM+H)2=M卫(
2π
TM)2(RM+H)…②
由①②两式联立解得:
M月
M地=(
TE
TM)2×(
RM+H
R0)3
(2)设探月极地轨道上卫星到地心的距离为L0,则卫星到地面的最短距离为L0-RE,由几何知识得:
L20=
R20+(RM+H)2
故将照片发回地面的时间为:t=
L0−RE
C=
R20+(RM+H)2−RE
C
答:(1)若忽略地球及太阳引力对绕月卫星的影响,则月球与地球质量之比为(
TE
TM)2×(
RM+H
R0)3;
(2)当绕月极地轨道的平面与月球绕地公转的轨道平面垂直,也与地心到月心的连线垂直.此时探月卫星向地球发送所拍摄的照片,此照片由探月卫星传送到地球需要最少的时间为
R20+(RM+H)2−RE
C.
点评:
本题考点: 人造卫星的加速度、周期和轨道的关系;万有引力定律及其应用.
考点点评: 本题是计算天体质量问题,利用万有引力与圆周运动知识的结合求解环绕天体的质量,是常用方法之一.