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

我国研制的“天问二号”探测器,任务是对伴地小行星及彗星交会等进行多目标探测。某同学提出探究方案,通过释放卫星绕小行星进行圆周运动,可测得小行星半径$R$和质量$M$。为探测某自转周期为$T_{0}$的小行星,卫星先在其同步轨道上运行,测得距离小行星表面高度为$h$,接下来变轨到小行星表面附近绕其做匀速圆周运动,测得周期为$T_{1}$。已知引力常量为$G$,不考虑其他天体对卫星的引力,可根据以上物理得到$R=\dfrac{a^{\dfrac{2}{3}}}{b^{\dfrac{2}{3}}-a^{\dfrac{2}{3}}}h$$M=\dfrac{4\pi^{2}R^{3}}{Gc^{2}}$。下列选项正确的是$(\qquad)$

["

$a$$T_{1}$$b$$T_{0}$$c$$T_{1}$

","

$a$$T_{1}$$b$$T_{0}$$c$$T_{0}$

","

$a$$T_{0}$$b$$T_{1}$$c$$T_{1}$

","

$a$$T_{0}$$b$$T_{1}$$c$$T_{0}$

"]
[["A"]]

根据题意,卫星在同步轨道和表面附近轨道运行时轨道半径分别为$R+h$$R$

设小行星和卫星的质量分别为$M$$m$

由开普勒第三定律有$\dfrac{(R+h)^{3}}{T_{0}^{2}}=\dfrac{R^{3}}{T_{1}^{2}}$

解得$R=\dfrac{{T_{1}}^{\dfrac{2}{3}}}{{T_{0}}^{\dfrac{2}{3}}-{T_{1}}^{\dfrac{2}{3}}}h$

卫星绕小行星表面附近做匀速圆周运动,由万有引力提供向心力有$\dfrac{GMm}{R^{2}}=m\dfrac{4\pi^{2}}{T_{1}^{2}}R$

解得$M=\dfrac{4\pi^{2}R^{3}}{G{T_{1}}^{2}}$

对应结果可得$a$$T_{1}$$b$$T_{0}$$c$$T_{1}$

故选:$\rm A$

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