Question

（2009?南匯區(qū)二模）重力勢能E_P=mgh實際上是萬有引力勢能在地面附近的近似表達式，其更精確的表達式應為EP=-G 

Mm

r

．式中的G為萬有引力恒量，M為地球質(zhì)量，m為物體的質(zhì)量，r為物體到地心的距離，并以無限遠處的引力勢能為零勢能．一顆質(zhì)量為m的地球衛(wèi)星，在離地高度為H處環(huán)繞地球做勻速圓周運動．已知地球的半徑為R，地球表面的重力加速度為g，地球質(zhì)量未知．
試求：
（1）衛(wèi)星做勻速圓周運動的線速度；
（2）衛(wèi)星的引力勢能；
（3）衛(wèi)星的機械能；
（4）若要使衛(wèi)星能飛離地球（飛到引力勢能為零的地方），則衛(wèi)星至少要具有多大的初速度從地面發(fā)射？

Answer 1

分析：（1）衛(wèi)星在離地高度為H處環(huán)繞地球做勻速圓周運動，據(jù)萬有引力提供向心力，列出等式，根據(jù)根據(jù)在地面附近物體受到地球的萬有引力近似等于物體在地面上的重力，列出等式，兩等式結合求解．
（2）根據(jù)萬有引力勢能的表達式求解．
（3）衛(wèi)星的機械能應該是動能和勢能之和．
（4）根據(jù)能量守恒，要使衛(wèi)星能飛離地球，動能轉化為引力勢能進行求解．

解答：解：（1）衛(wèi)星在離地高度為H處環(huán)繞地球做勻速圓周運動，據(jù)萬有引力提供向心力，列出等式：

GMm

(R+H)2

=

mv2

R+H

…①
根據(jù)根據(jù)在地面附近物體受到地球的萬有引力近似等于物體在地面上的重力，列出等式：

GMm

R2

=mg…②
由①②得：v=R

g R+H

（2）萬有引力勢能的表達式：EP=-G 

Mm

r

…③
由②③得：衛(wèi)星的引力勢能：EP=- 

mgR2

R+H

（3）衛(wèi)星的機械能應該是動能和勢能之和．
所以E=E_k+E_p=-

mgR2

2(R+H)

（4）根據(jù)能量守恒，要使衛(wèi)星能飛離地球，動能轉化為引力勢能，衛(wèi)星在地面的引力勢能是-G 

Mm

R

，要飛到引力勢能為零的地方，所以有：

1

2

m

v

2 0

-G 

Mm

R

=0
得：v₀=

2gR

答：（1）衛(wèi)星做勻速圓周運動的線速度是R

g R+H

；
（2）衛(wèi)星的引力勢能是- 

mgR2

R+H

；
（3）衛(wèi)星的機械能是-

mgR2

2(R+H)

；
（4）若要使衛(wèi)星能飛離地球（飛到引力勢能為零的地方），則衛(wèi)星至少要具有的初速度是

2gR

．

點評：向心力的公式選取要根據(jù)題目提供的已知物理量或所求解的物理量選取應用．
運用黃金代換式GM=gR²求出問題是考試中常見的方法．
本題考查了多個知識點的應用，要能根據(jù)求解的問題選擇恰當?shù)奈锢硪?guī)律求解．