谈“环绕速度”与“发射速度”.doc

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1、谈“环绕速度”与“发射速度”有这样一道考题: 假定一小型人造地球卫星在高空绕地球做匀速圆周运动,若沿其运动相反方向抛出一物体P,则A卫星一定离开原来轨道运动;BP一定离开原来轨道运动;C卫星运动的轨道半径一定变大;DP运动的轨道半径一定减小.设卫星原来的质量为m0,做匀速圆周运动的速度为v0,抛出物体P后速度变为v1;所抛出物体P的质量为m2、速度为v2,根据动量守恒定律有:m0v0=(m0-m2)v1-m2v2由上式可知,v1大于v0,v2的大小无法判断.许多学生据此认为,C选项是错误的.学生产生错误的原因是没有区别“环绕速度”与“发射速度”.大家知道,卫星环绕地球运动时所需的向心力等于地球

2、对卫星的万有引力,即:式中M表示地球的质量,r是卫星到地心的距离,即卫星的轨道半径,等于地球半径R加上卫星离开地面的高度h,即r=Rh.v表示卫星在离地面高度h处环绕地球做圆周运动的环绕速度从上式可知,卫星的环绕速度v,跟圆周轨道半径r的平方根成反比,也就是离开地心越远,环绕速度就越小在地球表面附近,可取r=R,代入数据得:事实上,人造卫星总是在离地面几百km的高空运行的,根据上面的讨论,我们知道,离开地面越远,所具有的环绕速度就越小例如,在高出地面h=200km处,所具有的环绕速度是v=78km/s,这样一来,许多学生误认为,发射较高的卫星更加容易实际上并不然,因为用火箭把卫星送入高空,沿途必须克服地球引力做功,更多消耗一部分能量,理论计算表明,这些能量再加上卫星运转时所具有的能量,要比发射一个近地卫星需要的能量大得多所以,第一宇宙速度7.9kms是在地球表面发射人造地球卫星所需的最小“发射速度”,也是环绕地球做圆周运动的最大“环绕速度”前面的考题中,卫星抛出物体P后速度增大到v1,地球对卫星的万有引力小于卫星所需的向心力,卫星将远离地面,在远离地面的过程中,卫星克服地球引力做功,动能变小,速度变小.最后,卫星将以小于v0的速度在一个更大的轨道上绕地球做圆周运动,故A、C选项均正确因为物体P的速度v2大小无法判断,故B、D选项不正确

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