高中 | 研究天体运动规律 题目答案及解析

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必修2

第六章 万有引力与航天

6.4 万有引力理论的成就

研究天体运动规律

卫星光通讯是一个新兴的空间高速通信技术研究领域,涉及多个相关学科,具有广阔的应用前景。如图所示,赤道上空有两颗人造地球卫星$A$$B$绕地球做同方向的匀速圆周运动,卫星$A$$B$的轨道半径分别为$\dfrac{5}{3}R$$\dfrac{5}{4}R$。两颗卫星之间通讯信号可视为沿直线传播,在运行过程中,由于地球的遮挡,卫星间的通讯信号将会中断。已知卫星$A$运行的周期为$T$,地球半径为$R$$\sin 37{}^\circ =0.6$。求

卫星$B$的周期;

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卫星$B$的周期为$\\dfrac{3\\sqrt{3}}{8}T$

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$1$)根据开普勒第三定律可知:$\dfrac{T_{A}^{2}}{T_{B}^{2}}=\dfrac{r_{A}^{3}}{r_{B}^{3}}$,解得卫星$B$的周期${{T}_{B}}=\dfrac{3\sqrt{3}}{8}T$

转动过程中某时刻,卫星$A$$B$间通讯信号恰好中断,如图所示,从该时刻起至少再经多长时间,卫星$A$$B$之间的通讯将恢复?

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从该时刻起至少再经$\\dfrac{3\\sqrt{3}}{16-6\\sqrt{3}}T$时间,卫星$A$$B$之间的通讯将恢复。

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$2$)当卫星$A$$B$的连线与地球表面相切时,它们之间的通讯恰好中断,如图所示,根据几何知识可得$∠AOB=90^\circ$,到下次通讯恢复,设$A$转过$\alpha$$A^\prime$$B$转过$\beta$$B^\prime$,则

$\beta﹣\alpha=\pi$,则$\left( \dfrac{2\pi }{{{T}_{B}}}-\dfrac{2\pi }{{{T}_{A}}} \right)t=\pi $,解得:$t=\dfrac{3\sqrt{3}}{16-6\sqrt{3}}T$

从该时刻起至少再经$\dfrac{3\sqrt{3}}{16-6\sqrt{3}}T$时间,卫星$A$$B$之间的通讯将恢复。

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