某行星的质量为M,半径为R,自转周期为T,已知万有引力常量为G,试求:(1)该行星两极的重力加速度;(2)该行星“赤道”上的重力加速度;(3)要从该行星表面发射一颗质量为m0的“近

◎ 题目

某行星的质量为M,半径为R,自转周期为T,已知万有引力常量为G,试求:
(1)该行星两极的重力加速度;
(2)该行星“赤道”上的重力加速度;
(3)要从该行星表面发射一颗质量为m0的“近地卫星”,至少应该补充多少机械能?

◎ 答案

(1)对于放置于行星两极的质量为m的物体,有万有引力等于重力得出:
G
mM
R2
=mg 
得:g=
GM
R2

(2)对于放置于行星赤道上的质量为m的物体,它随行星做匀速圆周运动.设它受到的“地面”支持力为N,则有
G
mM
R2
-N=ma 
其中a=
4π2
T2

N和重力是一对平衡力,所以N=mg′
解以上三式得g′=
GM
R2
-
4π2
T2

(3)卫星在赤道上时,初速度最大,需要补充的机械能最少.
初速度v1=
T

近地环绕时,有G
m0M
R2
=m0
v22
R

需要补充的机械能△E=
1
2
m0
v22
-
1
2
m0
v21
=
2π2m0R2
T2
-
GMm0
2R

答:(1)行星两极的重力加速度是
GM
R2

(2)该行星“赤道”上的重力加速度是
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