Question

理論證明，取離星球中心無窮遠(yuǎn)處為引力勢(shì)能的零勢(shì)點(diǎn)時(shí)，以物體在距離星球中心為r處的引力勢(shì)能可表示為：E_p=-G．G為萬有引力常數(shù)，M、m表示星球與物體的質(zhì)量，而萬有引力做的功則為引力勢(shì)能的減少．已知月球質(zhì)量為M、半徑為R，探月飛船的總質(zhì)量為m．月球表面的重力加速度為g，萬有引力常數(shù)G．
（1）求飛船在距月球表面H（H＞）高的環(huán)月軌道運(yùn)行時(shí)的速度v；
（2）設(shè)將飛船從月球表面發(fā)送到上述環(huán)月軌道的能量至少為E．有同學(xué)提出了一種計(jì)算此能量E的方法：根據(jù)，將（1）中的v代入即可．請(qǐng)判斷此方法是否正確，并說明理由．如不正確，請(qǐng)給出正確的解法與結(jié)果（不計(jì)飛船質(zhì)量的變化及其他天體的引力和月球的自轉(zhuǎn)）．

Answer 1

【答案】分析：（1）探月飛船作圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力由月球?qū)μ皆嘛w船的萬有引力提供，根據(jù)牛頓第二定律列式求解；
（2）將飛船從月球表面發(fā)送到上述環(huán)月軌道的能量等于動(dòng)能和勢(shì)能的增加量，勢(shì)能增加量根據(jù)公式E_p=-G求解．
解答：解：（1）探月飛船作圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力由月球?qū)μ皆嘛w船的萬有引力提供
所以：
解得
（2）因探月飛船從月球表面發(fā)送到H高處的過程中月球的引力為變力，故克服引力所做的功不等于mgH，所以該同學(xué)的方法不正確；
由引力勢(shì)能定義可知探月飛船從月球表面發(fā)送到H處引力勢(shì)能的改變量
由能量守恒定律可知，將探月飛船從月球表面發(fā)送到H處所需的能量為：
答：（1）飛船在距月球表面H（H＞）高的環(huán)月軌道運(yùn)行時(shí)的速度v為；
（2）將飛船從月球表面發(fā)送到上述環(huán)月軌道的能量至少為．
點(diǎn)評(píng)：本題關(guān)鍵是明確衛(wèi)星的向心力來源、勢(shì)能的表達(dá)式、動(dòng)能的表達(dá)式，然后根據(jù)牛頓第二定律和機(jī)械能守恒定律列式求解．