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建立物理模型是解决实际问题的重要方法。
(1)如图1所示,圆和椭圆是分析卫星运动时常用的模型。已知,地球质量为M,半径为R,万有引力常量为G。
a.卫星在近地轨道Ⅰ上围绕地球的运动,可视做匀速圆周运动,轨道半径近似等于地球半径。求卫星在近地轨道Ⅰ上的运行速度大小v。
b.在P点进行变轨操作,可使卫星由近地轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ。卫星沿椭圆轨道运动的情况较为复杂,研究时我们可以把椭圆分割为许多很短的小段,卫星在每小段的运动都可以看作是圆周运动的一部分(如图2所示)。这样,在分析卫星经过椭圆上某位置的运动时,就可以按其等效的圆周运动来分析和处理。
卫星在椭圆轨道Ⅱ的近地点P的速度为v1,在远地点D的速度为v2,远地点D到地心的距离为r。根据开普勒第二定律(对任意一个行星来说,它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等)可知v1R=v2r,请你根据万有引力定律和牛顿运动定律推导这一结论。
(2)在科幻电影《流浪地球》中有这样一个场景:地球在木星的强大引力作用下,加速向木星靠近,当地球与木星球心之间的距离小于某个值d时,地球表面物体就会被木星吸走,进而导致地球可能被撕裂。这个临界距离d被称为“洛希极限”。
已知,木星和地球的密度分别为ρ0和ρ,木星和地球的半径分别为R0和R,且d≫R。请据此近似推导木星使地球产生撕裂危险的临界距离d—“洛希极限”的表达式。【提示:当x很小时,(1+x)n≈1+nx。】

【答案】(1)a.卫星在近地轨道Ⅰ上围绕地球的运动,可视做匀速圆周运动,轨道半径近似等于地球半径。卫星在近地轨道Ⅰ上的运行速度大小为
GM
R

b.推导见解析
(2)“洛希极限”的表达式为
R
0
3
2
ρ
0
ρ
【解答】
【点评】
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发布:2024/12/30 1:0:6组卷:446引用:2难度:0.4
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