地球质量为M,半径为R,自转角速度为ω,万有引力恒量为G,如果规定物体在离地球无穷远处势能为0,则质量为m的物体离地心距离为r时,具有的万有引力势能可表示为Ep=-GMmr.国际

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

地球质量为M,半径为R,自转角速度为ω,万有引力恒量为G,如果规定物体在离地球无穷远处势能为0,则质量为m的物体离地心距离为r时,具有的万有引力势能可表示为Ep=-G
Mm
r
.国际空间站是迄今世界上最大的航天工程,它是在地球大气层上空绕地球飞行的一个巨大人造天体,可供宇航员在其上居住和科学实验.设空间站离地面高度为h,如果在该空间站上直接发射一颗质量为m的小卫星,使其能到达地球同步卫星轨道并能在轨道上正常运行,求该卫星在离开空间站时必须具有多大的初动能?

◎ 答案

G
Mm
r2
=
mv2
r
得,卫星在空间站上动能为Ek=
1
2
mv2=G
Mm
2(R+h)

卫星在空间站上的引力势能为EP=-G
Mm
(R+h)

机械能为E1=Ek+Ep=-G
Mm
2(R+h)

同步卫星在轨道上正常运行时有G
Mm
r2
=mω2r

故其轨道半径r=
3
GM
ω2


由上式可得同步卫星的机械能E2=-G
Mm
2r
=-
1
2
m
3G2M2ω2


卫星运动过程中机械能守恒,故离开航天飞机的卫星的机械能应为E2
设离开航天飞机时卫星的初动能为Ek0
则Ek0=E2-Ep=-
1
2
m
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3G2M2ω2
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