Question

理論研究表明，物體在地球附近都受到地球?qū)λ�的萬(wàn)有引力作用，具有引力勢(shì)能．選物體在距地球無(wú)限遠(yuǎn)處的引力勢(shì)能為零，則引力勢(shì)能可表示為Ep=-

GMm

r

（其中G為萬(wàn)有引力常量，M為地球質(zhì)量，m為物體的質(zhì)量，r是物體到地心的距離）．現(xiàn)有一質(zhì)量m′的人造衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)周期T．若要從地面上將這顆衛(wèi)星發(fā)射成功，則至少需做多少功？（已知地球質(zhì)量為M，半徑為R，萬(wàn)有引力常量為G，且忽略空氣阻力對(duì)衛(wèi)星發(fā)射的影響）

Answer 1

分析：根據(jù)萬(wàn)有引力等于向心力求出人造衛(wèi)星的軌道半徑，從而得出在軌道上的動(dòng)能和勢(shì)能之和，根據(jù)能量守恒定律求出至少做功的多少．

解答：解：設(shè)衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)半徑r′，牛頓第二定律得：

GMm′

r′2

=m′r′

4π2

T2

=m′

v2

r′

解得r′=

3	GMT2 4π2

，EK=

1

2

mv2=

GMm′

2r′

，在r′軌道上運(yùn)動(dòng)具有的機(jī)械能為E=EK+EP=

-GMm′

2r′

地面發(fā)射須做功W=△E=

GMm/

R

-

GMm/

2 3 GMT2 4π2

．
答：若要從地面上將這顆衛(wèi)星發(fā)射成功，則至少需做功為

GMm/

R

-

GMm/

2 3 GMT2 4π2

．

點(diǎn)評(píng)：解決本題的關(guān)鍵掌握萬(wàn)有引力提供向心力這一理論，以及知道至少做功的多少等于機(jī)械能的增量．