已知地球半径R=6400km,地球表面的重力加速度g=10m/s2,不考虑地球自转的影响.求:(1)推导第一宇宙速度v1的表达式,并计算其数值;(2)若地球自转周期T=24h,计算地球同步卫星

◎ 题目

已知地球半径R=6400km,地球表面的重力加速度g=10m/s2,不考虑地球自转的影响.求:
(1)推导第一宇宙速度v1的表达式,并计算其数值;
(2)若地球自转周期T=24h,计算地球同步卫星距离地面的高度h;
(3)若已知万有引力常量G=6.7×10-11N?m2/kg2,估算地球的平均密度ρ.(以上计算结果保留一位有效数字)

◎ 答案

(1)当卫星在地球表面附近运动行时,受地球的万有引力提供向心力,即
G
mM
R2
=m
v2
R

得:卫星运行速度v=

GM
R
      ①
又因为在不考虑地球的自转,地球表面的重力和万有引力相等,故有mg=G
mM
R2
,所以有
GM=gR2       ②
将②代入①可得:
v1=

gR
=

10×6400×103
m/s
=8×103m/s
(2)同步卫星运动地周期与地球自转周期相同,即T=24h=24×3600s,同步卫星受到地球的万有引力提供向心力,故有:
G
mM
(R+h)2
=m(R+h)(
T
)2

可得R+h=
3
GMT2
4π2

即:
h=
3
GMT2
4π2

-R
              ③
将②代入③得:h=
3
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