一颗在赤道上空运行的人造卫星,其轨道半径r=2R0(R0为地球半径),卫星的运转方向与地球的自转方向相同,设地球自转的角速度为ω0,若某时刻卫星通过赤道上某建筑物的正上方,求它再次通过该建筑物上方所需时间.(已知地球表面重力加速度为g)

问题描述:

一颗在赤道上空运行的人造卫星,其轨道半径r=2R0(R0为地球半径),卫星的运转方向与地球的自转方向相同,设地球自转的角速度为ω0,若某时刻卫星通过赤道上某建筑物的正上方,求它再次通过该建筑物上方所需时间.(已知地球表面重力加速度为g)

对卫星,由万有引力提供向心力得:G

Mm
(2R0)2
=m(2R0)ω2
得到
GM
8
R
3
0
ω2
 
即:
g
R
2
0
8
R
3
0
ω2

所以:ω=
g
8R0
…①
设经过时间t它再次通过建筑物上方,则(ω-ω0)t=2π…②
由①②联立解得:t=
g
8R0
ω0

答:它再次通过该建筑物上方所需时间为
g
8R0
ω0

答案解析:人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,由地球的万有引力提供向心力,根据牛顿运动定律求解卫星的角速度.
卫星绕地球做匀速圆周运动,建筑物随地球自转做匀速圆周运动,当卫星转过的角度与建筑物转过的角度之差等于2π时,卫星再次出现在建筑物上空.
考试点:万有引力定律及其应用;向心力.

知识点:本题考查万有引力定律和圆周运动知识的综合应用能力.关键根据万有引力等于向心力,求解角速度.