Question

地球质量为M，半径为R，自转角速度为ω，万有引力恒量为G，如果规定物体在离地球无穷远处势能为0，则质量为m的物体离地心距离为r时，具有的万有引力势能可表示为．国际空间站是迄今世界上最大的航天工程，它是在地球大气层上空绕地球飞行的一个巨大人造天体，可供宇航员在其上居住和科学实验．设空间站离地面高度为h，如果在该空间站上直接发射一颗质量为m的小卫星，使其能到达地球同步卫星轨道并能在轨道上正常运行，求该卫星在离开空间站时必须具有多大的初动能？

Answer 1

【答案】分析：根据万有引力提供向心力求出卫星在同步轨道上的动能，以及通过万有引力势能的表达式求出卫星在同步轨道上的引力势能，从而得出在同步轨道上同步卫星的机械能，根据机械能守恒定律求出卫星在空间站上的机械能，结合引力势能的大小求出卫星在离开空间站时必须具有的初动能．
解答：解：由得，卫星在空间站上动能为
卫星在空间站上的引力势能为
机械能为
同步卫星在轨道上正常运行时有
故其轨道半径
由上式可得同步卫星的机械能
卫星运动过程中机械能守恒，故离开航天飞机的卫星的机械能应为E₂，
设离开航天飞机时卫星的初动能为E_k0
则E_k0=．
答：该卫星在离开空间站时必须具有初动能为．
点评：解决本题的关键知道卫星在运行的过程中机械能守恒，以及掌握万有引力提供向心力这一理论，并能灵活运用．