高中 | 引力势能 题目答案及解析

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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

已知质量为$m$的人造地球卫星与地心的距离为$r$时,引力势能可克表示为$E_{p}=-G\dfrac{Mm}{r}$,其中$G$为引力常量,$M$为地球质量。$M$为地球质量。先从地面赤道某处发射一质量$m_{0}$的卫星至离地球表面$h$高处的轨道上,使其绕地球做匀速圆周运动,则至少需对卫星做功(忽略地球自转影响,地球半径设为$R$$(\qquad)$

["

$G\\dfrac{Mm_{0}}{R}-G\\dfrac{Mm_{0}}{2(R+h)}$

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$G\\dfrac{Mm_{0}}{R}-G\\dfrac{Mm_{0}}{R+h}$

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$G\\dfrac{Mm_{0}}{2(R+h)}$

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$G\\dfrac{Mm_{0}}{2R}-G\\dfrac{Mm_{0}}{R+h}$

"]
[["A"]]

卫星在地球表面时,其引力势能:$E_{P0}=- \dfrac{GMm}{R^{2}}$,卫星做匀速圆周运动,由地球的万有引力提供向心力,即$G\dfrac{Mm_{0}}{{(R+h)}^{2}}=\dfrac{m_{0}v^{2}}{R+h}$,所以卫星的动能:$E_{k}=\dfrac{1}{2}m_{0}v^{2}=\dfrac{GMm_{0}}{2(R+h)}$,依题意其引力势能为:$E_{P1}=- \dfrac{GMm_{0}}{R+h}$,由功能关系可知,至少需对卫星做功:$E=E_{P1}+E_{k}-E_{P0}= \dfrac{GMm_{0}}{R}-\dfrac{GMm_{0}}{2(R+h)}$,故$\rm A$正确,$\rm BCD$错误。

故选:$\rm A$

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若、两颗人造地球卫星质量相同,圆周运动的周期之比为,则它们的向心加速度之比,卫星的动能之比,卫星地球间的引力势能之比分别为 年月日,世界上第一张黑洞照片诞生了,证实了神秘天体黑洞的存在。黑洞是宇宙中质量巨大的一类天体,连光都无法逃脱它的引力束缚。取两天体相距无限远时引力势能为零,引力势能表达式为,已知地球半径,光速。设想把地球不断压缩(保持球形不变),刚好压缩成一个黑洞时,地球表面的重力加速度约为 如图,卫星在地球不同的圆形轨道上具有不同引力势能。已知地球质量为,卫星质量为,卫星到地球球心的距离为,引力势能为,真空中负点电荷的电荷量为,其周围空间电势可以表示为:,与该点电荷的电势类比,可以定义“引力势”的概念。下列说法合理的是 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,则质量为的物体引力势能为,其中为引力常量,为地球的质量,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的倍,地球半径为,则质量为的人造地球卫星 地球和月球间的距离为,以地心作为坐标原点,沿地月连线建立轴,在轴上有一个探测器。仅考虑地球和月球对探测器的引力作用,可得探测器引力势能随位置变化关系如图所示,已知在处探测器的引力势能最大,则地球与月球的质量之比为
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