地球上空有人造地球同步通讯卫星,它们向地球发射微波.但无论同步卫星数目增到多少个,地球表面上总有一部分面积不能直接收到它们发射来的微波,请导出这个面积S与地球表面积

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 人造地球卫星/2022-10-05 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

地球上空有人造地球同步通讯卫星,它们向地球发射微波.但无论同步卫星数目增到多少个,地球表面上总有一部分面积不能直接收到它们发射来的微波,请导出这个面积S与地球表面积S0之比的数学表达式;并根据提供的数据求出该比值至少为多大?
(结果要求保留两位有效数字.已知地球半径R0=6.4×106m,地球表面的重力加速度g=10m/s2,半径为R高、为h的球缺的表面积为S1=2πRh,如图所示,球的表面积为S=4πR2
魔方格

◎ 答案

(1)如图所示,因为同步卫星总是在赤道上空,其高度也是一定的.由它画一条到地球表面的切线,可见两极周围的区域内就收不到微波通讯.以m、M分别表示卫星和地球的质量,r表示卫星到地心的距离,T表示地球的自转周期,则对地球上质量为m0
物体有G
m0M
R02
=m0g

魔方格
                                                  

对地球同步卫星有G
mM
r2
=m(
T
)2r

又根据几何关系有rsinθ=R0
以S'表示某个极周围收不到微波区域的面积,则S′=2πR02(1-cosθ)
地球有两个极,因而接收不到微波区域的面积与地球表面积S0之比为:
S
S0
=
2S′
S0
=1-

1-(
4π2R0
gT2
)
2
3

(2)代入数据解得
2S′
S0
=0.011

答:不能直接收到它们发射来的微波面积S与地球表面积S0之比的数学表达式是
S
S0
=1-

1-(
4π2
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