2007年10月24日,中国首颗探月卫星“嫦娥一号”在西昌卫星发射中心发射升空,准确进入预定轨道.随后,“嫦娥一号”经过变轨和制动成功进入环月轨道.如图所示,阴影部分表示月球,

◎ 题目

2007年10月24日,中国首颗探月卫星“嫦娥一号”在西昌卫星发射中心发射升空,准确进入预定轨道.随后,“嫦娥一号”经过变轨和制动成功进入环月轨道.如图所示,阴影部分表示月球,设想飞船在距月球表面高度为3R的圆形轨道Ⅰ上作匀速圆周运动,到达A点时经过暂短的点火变速,进入椭圆轨道Ⅱ,在到达轨道Ⅱ近月点B点时再次点火变速,进入近月圆形轨道Ⅲ,而后飞船在轨道Ⅲ上绕月球作匀速圆周运动.已知月球半径为R,月球表面的重力加速度为g0,引力常量为G.不考虑其它星体对飞船的影响,求:
(1)飞船在轨道Ⅰ、Ⅲ的速度之比.
(2)飞船在轨道Ⅰ上的运动周期.
(3)飞船从轨道Ⅱ上远月点A运动至近月点B所用的时间.

◎ 答案

(1)在轨道I有G
Mm
(4R)2
=m
v21
4R
(1)
在轨道II上有G
Mm
R2
=m
v2m
R
(2)
(1)÷(2)得:
v1
vm
=
1
2

(2)设飞船在轨道I上的运动周期为T1,在轨道I有
G
Mm
(4R)2
=m
4π2
T21
4R
(3)
在月球表面有 G
Mm
R2
=mg1
(4)
联立(3)(4)解得:T1=16π

R
g1
(5)
(3)设飞船在轨道II上的运动周期T2,轨道II的半长轴为2.5R,根据开普勒定律得
T22
(2.5R)3
=
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T21
(4R)3
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