Question

火星和地球繞太陽的運動可以看作為同一平面內(nèi)同方向的勻速圓周運動，已知火星的軌道半徑R=1.5×10¹¹m，地球的軌道半徑r=1.0×10¹¹m，從如圖所示的火星與地球相距最近的時刻開始計時，估算火星再次與地球相距最近需多少地球年？（保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

【答案】分析：根據(jù)萬有引力提供向心力，可得，對于和火星都有同樣的關(guān)系，所以，這樣可以解出火星的周期．兩星轉(zhuǎn)過的角度之差△θ==2 π，可以解得t，即為火星再次與地球相距最近需要的時間．
解答：解：設(shè)行星質(zhì)量為m，太陽質(zhì)量為M，行星與太陽的距離為r，地球的周期為T₁，火星的周期為T₂，地球的軌道半徑為r₁，火星的軌道半徑為r₂．
根據(jù)萬有引力定律，行星受太陽的萬有引力
行星繞太陽做近似勻速圓周運動，
根據(jù)牛頓第二定律有F=ma=mω²r
ω═
以上式子聯(lián)立
故
地球的周期為1年，

火星的周期為T₂=1.8年
設(shè)經(jīng)時間t兩星又一次距離最近，
根據(jù)θ=ωt
則兩星轉(zhuǎn)過的角度之差
△θ==2 π
得t=2.3年．
答：火星再次與地球相距最近需2.3地球年．
點評：本題也可運用開普勒周期定律求解火星的周期，這種方法更簡潔．此題難度不大，屬于中檔題．