人造地球卫星绕地球表面附近做匀速圆周运动,设地球半径为 R ,地面处的重力加速度为 g ,则人造地球卫星 ( )
A . 绕行的周期最小为 B . 绕行的线速度最大为
C . 在地面高为 R 处的绕行速度为 D . 在地面高为 R 处的周期为 2π
B
【详解】
设地球的质量为 M ,静止在地面上的物体质量为 m ,忽略地球的自转时 ,可得: ,根据万有引力提供向心力: ,解得: , r 越小,周期越小,最小周期为: ,故 A 错误;根据万有引力提供向心力: ,解得: , r 越小,速度越大,所以最大速度为: ,故 B 正确;根据万有引力提供向心力: ,解得: ,故 C 错误;根据万有引力提供向心力: ,解得: ,故 D 错误.所以 B 正确, ACD 错误.
万有引力定律的推导过程:
①太阳和地球之间的引力提供地球绕太阳做匀速率圆周运动的向心力;
②向心力用带有周期的公式来描述;
③得出:引力与地球的质量成正比,与距离的平方成反比;
④再利用牛顿第三定律得出:引力还与太阳的质量成正比;
⑤最后用地球和月亮之间的引力也满足此关系的佐证,得出万有引力定律。
知识拓展:
万有引力定律在高中物理中的地位:
在万有引力定律之前,学生应对力、质量、速度、加速度、向心力和向心加速度等物理概念有较好的理解,并掌握自由落体、抛体和匀速圆周运动的规律,能熟练运用牛顿运动定律解决动力学的基本问题。将万有引力定律与圆周运动知识相结合,可以讨论许多涉及天体和人造卫星运动等方面的实际问题。如太阳、地球及其它行星的质量、密度;计算人造卫星的轨道、周期等一系列参数,包括地球的同步卫星等;反过来还可推证开普勒行星运动定律。
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