天體運(yùn)動(dòng)中常見的錯(cuò)誤

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

  在天體運(yùn)動(dòng)問題中,由于萬有引力的作用:與地球的距離越遠(yuǎn),引力越小,從而導(dǎo)致引力加速度也越小。但許多學(xué)生在處理涉及到重力加速度的計(jì)算問題時(shí),卻往往忽略掉了這一點(diǎn),導(dǎo)致出錯(cuò)誤結(jié)果。

  如,有這道這樣的問題(題目略),求解質(zhì)量為m的地球衛(wèi)星從近地點(diǎn)軌道(比如半徑為R),上升到遠(yuǎn)地點(diǎn)軌道(比如半徑為2R)的過程中,需要消耗的能量。有的同學(xué)直接用重力勢能的方法求解:由Ep=mgh=mg(2R-R)=mgR。顯然是錯(cuò)誤的。他們出現(xiàn)錯(cuò)誤的原因就在于,只記住了重力勢能的公式Ep=mgh,但不清楚在這個(gè)公式中,g是重力加速度,它是隨著高度的增加而減小的,只是在地面附近,這個(gè)公式才成立;而且,衛(wèi)星在不同的軌道上的線速度也是不同的,對應(yīng)的動(dòng)能也是不同的。因此,就出現(xiàn)了錯(cuò)誤。正確的求解,只能用能量守恒定律,或者動(dòng)能定理來求。

  如果上面的問題是,地球衛(wèi)星在半徑為R和2R的軌道上都是作勻速圓周運(yùn)動(dòng),則可以先從萬有引力提供向心力求出地球衛(wèi)星在兩個(gè)軌道上分別運(yùn)動(dòng)速度及對應(yīng)的動(dòng)能,然后再根據(jù)引力勢能的的關(guān)系EP=-GMm/r分別計(jì)算出衛(wèi)星在各自軌道上的勢能,這樣,地球衛(wèi)星在兩個(gè)軌道上的機(jī)械能之差即為地球衛(wèi)星從低軌道上升到高軌道上的過程中所需要消耗的能量。

  (具體過程略寫)


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