萬有引力客觀題:以北斗為背景的高考物理題

以北斗為背景的高考題

2011年海南卷題12

12.2011年4月10 日,我國成功發射第8顆北斗導航衛星。建成以后北斗導航系統將包含多顆地球同步衛星,這有助于減少我國對 GPS 導航系統的依賴。GPS 由運行周期為 12 小時的衛星群組成。設北斗導航系統的同步衛星和 GPS 導航衛星的軌道半徑分別為 R_1R_2,向心加速度分別為 a_1a_2 ,則 R_1:R_2= \underline{\mspace{80mu}}a_1:a_2=\underline{\mspace{80mu}} 。(可用根式表示)


【解析】

\dfrac{GMm}{R^2} = \dfrac{4\pi^2}{T^2} \cdot R \cdot m

R^3 = \dfrac{GM}{4\pi^2} T^2

(\dfrac{R_1}{R_2})^3=(\dfrac{12}{24})^2

{R_1}:{R_2}=1: \sqrt[3]{4}

a=\dfrac{GM}{R^2}

a_1 : a_2 = R^2_2 : R^2_1 = \sqrt[3]{16} : 1


2013年海南卷題5

5.“北斗”衛星導航定位系統由地球靜止軌道衛星(同步星)、中軌道衛星和傾斜同步衛星組成。地球靜止軌道衛星和中軌道衛星都在圓軌道上運星和中軌道衛星都在圓軌道上運行,它們距地面的高度分別約為地球半徑的 6 倍和 3.4 倍,下列說法中正確的是

A.靜止軌道衛星的周期約為中軌道衛星的2倍

B.靜止軌道衛星的線速度大小約為中軌道衛星的2倍

C.靜止軌道衛星的角速度大小約為中軌道衛星的 1/7

D.靜止軌道衛星的向心加速度大小約為中軌道衛星的 1/7


【解析】

靜止軌道衛星和中軌道衛星的軌道半徑、周期分別用 r_1,r_2T_1,T_2 表示.

依題意可知:r_1=7R, \; r_2=4.4R

根據萬有引力定律和牛頓第二定律可以推出:

r^3 = \dfrac{GM}{4\pi^2} T^2

\dfrac{r_2}{r_1}=\dfrac{4.4}{7} \Rightarrow (\dfrac{r_2}{r_1})^3 \approx 0.25

(\dfrac{T_2}{T_1})^2 \approx \dfrac{1}{4}

選項A是正確的;

同時可推出:選項C錯誤;


\dfrac{GMm}{r^2} = m \cdot \dfrac{v^2}{r}

v^2= \dfrac{GM}{r}

r_1 \gt r_2 \Rightarrow v^2_1 \lt v^2_2

選項B錯誤;


a=\dfrac{GM}{r^2} \Rightarrow \dfrac{a_1}{a_2}= (\dfrac{r_2}{r_1})^2

\dfrac{r_2}{r_1}=\dfrac{4.4}{7} \Rightarrow (\dfrac{r_2}{r_1})^2 \approx 0.4

選項D錯誤.


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