| 研究天体运动规律 题目答案及解析

稿件来源:高途

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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

宇宙中有一孤立星系,中心天体的周围有三颗行星,如图所示。中心天体质量远大于行星质量,不考虑行星之间的万有引力,行星$\rm I$$\rm III$运行的圆轨道半径分别为$r_{1}$$r_{3}$,行星$\rm II$运行的椭圆轨道半长轴$a=r_{3}$,且与行星$\rm I$轨道在$B$点相切,行星$\rm II$轨道距中心天体最远处为$E$,则行星$\rm II$$\rm III$的运行周期之比为                 ,行星$\rm I$$\rm II$$B$点的加速度之比为                 ,行星$\rm II$$B$$E$两点的速率之比为                 

[["$1:1$","$1:1$","$(2r_{3}-r_{1}) : r_{1}$"]]

根据开普勒第三定律可得$\dfrac{a^{3}}{T_{2}^{2}}=\dfrac{r_{3}^{3}}{T_{3}^{2}}$,可得$T_{2}:T_{3}=1:1$

根据牛顿第二定律$G\dfrac{Mm}{r^{\text{2}}}=ma$,解得$a=G\dfrac{M}{r^{\text{2}}}$

又因为行星$I$$II$$B$点时到中心天体的距离相等,所以$a_{1}:a_{2}=1:1$

分别在$B$$E$两点附近取很小的一段相等的时间$\Delta t$,则行星与中心天体在$\Delta t$连线扫过的面积近似可看成扇形,根据开普勒第二定律有$\dfrac{1}{2}r_{B}v_{B}\Delta t=\dfrac{1}{2}r_{E}v_{E}\Delta t$,解得$\dfrac{v_{B}}{v_{E}}=\dfrac{r_{E}}{r_{B}}=\dfrac{2r_{3}-r_{1}}{r_{1}}$

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