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高中 | 引力势能题目答案及解析如下,仅供参考!
必修2
第六章 万有引力与航天
6.4 万有引力理论的成就
引力势能
物体在万有引力场中具有的势能叫做引力势能,若取离地球无穷远处的引力势能为零,则质量为$m$的物体引力势能为$E_{P}=-\dfrac{GMm}{r}$,其中$G$为引力常量,$M$为地球的质量,$r$为物体到地心的距离。如图虚线圆为人造地球卫星的两个圆轨道,轨道Ⅰ是近地轨道。已知轨道Ⅱ的半径为轨道Ⅰ的$2$倍,地球半径为$R$,则质量为$m_{0}$的人造地球卫星$(\qquad)$

在轨道Ⅰ上的速率小于在轨道Ⅱ上的速率
","在轨道Ⅰ上的周期大于在轨道Ⅱ上的周期
","从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ克服引力做的功为$\\dfrac{GMm_{0}}{R}$
","从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ需要的能量至少为$\\dfrac{GMm_{0}}{4R}$
"]$\rm AB$、设卫星绕地球做圆周运动半径$r$,牛顿第二定律得:$\dfrac{GMm_{0}}{r^{2}}=m_{0}r\dfrac{4\pi^{2}}{T^{2}}=m_{0}\dfrac{v^{2}}{r}$,解得:$v=\sqrt{\dfrac{GM}{r}}$,$T=2\pi\sqrt{\dfrac{r^{3}}{GM}}$,轨道Ⅰ的半径小,所以轨道Ⅰ上卫星的速度大,周期小。故$\rm A$错误,$\rm B$错误;
$\rm C$、从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ克服引力做的功为等于引力势能的变化,即:$W= E_{P2}-E_{P1}=- \dfrac{GMm_{0}}{2R}-\left(-\dfrac{GMm_{0}}{R}\right)=\dfrac{GMm_{0}}{2R}$.故$\rm C$错误;
$\rm D$、在$r$轨道上运动具有的动能:$E_{k}=\dfrac{1}{2}m_{0}v^{2}=\dfrac{GMm_{0}}{2r}$,所以卫星在轨道Ⅰ上的机械能为:$E_{1}=E_{k1}+E_{P1}=\dfrac{- GMm_{0}}{2R}$,卫星在轨道Ⅱ上的机械能为:$E_{2}=E_{k2}+E_{P2}=\dfrac{- GMm_{0}}{4R}$
从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ需要的能量至少为:$\Delta E=E_{2}-E_{1}=-\dfrac{GMm_{0}}{4R}-\left(-\dfrac{GMm_{0}}{2R}\right)=\dfrac{GMm_{0}}{4R}$。故$\rm D$正确。
故选:$\rm D$。
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