Question

我國(guó)“神舟”六號(hào)宇宙已經(jīng)發(fā)射成功，當(dāng)時(shí)在飛船控制中心的大屏幕上出現(xiàn)的一幅衛(wèi)星運(yùn)行軌跡圖，如圖所示，它記錄了“神舟”六號(hào)飛船在地球表面垂直投影的位置變化；圖中表示在一段時(shí)間內(nèi)飛船繞地球圓周飛行四圈，依次飛經(jīng)中國(guó)和太平洋地區(qū)的四次軌跡①、②、③、④，圖中分別標(biāo)出了各地點(diǎn)的經(jīng)緯度（如：在軌跡①通過(guò)赤道時(shí)的經(jīng)度為西經(jīng)156°，繞行一圈后軌跡②兩次經(jīng)過(guò)赤道時(shí)經(jīng)度為180°…），若已知地球半徑為R，地球表面處的重力加速度g，地球自轉(zhuǎn)周期為24h，根據(jù)圖中的信息：
（l）如果飛船運(yùn)行周期用T表示，試寫(xiě)出飛船離地面高度的表達(dá)式
（2）求飛船運(yùn)行的周期

Answer 1

分析：（1）根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力，通過(guò)周期關(guān)系，得出軌道半徑關(guān)系，從而求出“神舟六號(hào)”離地面的高度．
（2）在軌跡①通過(guò)赤道時(shí)的經(jīng)度為西經(jīng)156°，繞行一圈后軌跡②再次經(jīng)過(guò)赤道時(shí)經(jīng)度為l80°，即“神舟六號(hào)”轉(zhuǎn)一圈，地球自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過(guò)24°，可求出“神舟六號(hào)”與地球自轉(zhuǎn)周期的關(guān)系，從而可求出“神舟六號(hào)”的周期．

解答：解：（1）飛船繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬(wàn)有引力提供，
設(shè)地球質(zhì)量是M，飛船質(zhì)量是m，軌道半徑是r，
由牛頓第二定律可得：G

Mm

r2

=m(

2π

T

)2r…①
地球表面的物體m′受到的重力等于地球?qū)λ�的萬(wàn)有引力，
即：m′g=G

Mm′

R2

…②
由①②可以解得：r=

3	gR2T2 4π2

，
則飛船離地面的高度h=r-R=

3	gR2T2 4π2

-R；
（2）從圖中信息可知，“神舟六號(hào)”轉(zhuǎn)一圈，地球自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過(guò)180°-156°=24°，
所以“神舟六號(hào)”的周期為：T=

24°

360°

×T地球=

1

15

×3600×24=5760s．
答：（l）如果飛船運(yùn)行周期用T表示，飛船離地面的高度h=

3	gR2T2 4π2

-R；
（2）飛船運(yùn)行的周期是5760s．

點(diǎn)評(píng)：解決本題的關(guān)鍵通過(guò)“神舟六號(hào)”轉(zhuǎn)一圈，地球轉(zhuǎn)過(guò)的角度，得出他們的周期關(guān)系，通過(guò)萬(wàn)有引力提供向心力，得出軌道半徑關(guān)系．