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理论证明,取离星球中心无穷远处为引力势能的零势点时,以物体在距离星球中心为r处的引力势能可表示为:E

(1)探月飞船作圆周运动所需的向心力由月球对探月飞船的万有引力提供所以: G Mm (R+H) 2 =m v 2 R+H 解得 v= GM R+H (2)因探月飞船从月球表面发送到H高处的过程中月球的引力为变力,故克服引力所做的功不等于mgH,所以该同学的方法不正确;由引力势能定义可知探月飞船从月球表面发送到H处引力势能的改变量 △ E P =(-G Mm R+H )-(-G Mm R )=GMm H R(R+H) 由能量守恒定律可知,将探月飞船从月球表面发送到H处所需的能量为: E= 1 2 m v 2 +△ E p = 1 2 m GM R+H + GMmH R(R+H) = GMm(R+2H) 2R(R+H) 答:(1)飞船在距月球表面H(H> R 3 )高的环月轨道运行时的速度v为 GM R+H ;(2)将飞船从月球表面发送到上述环月轨道的能量至少为 GMm(R+2H) 2R(R+H) .

小题1: 小题2:不正确 小题1:探月飞船做圆周运动所需的向心力由月球对探月飞船的万有引力提供,则 小题2:不正确;因探月飞船从月球表面发送到H高处的过程中月球的引力为变力,故克服引力所做的功不等于mgH. 由引力势能定义可知探月飞船从月球表面发送到H处引力势能的改变量为 整理后得 由能量守恒定律可知,将探月飞船从月球表面发送到H处所需的能量为 ,联立求解得 .

由题意知:
W=Ep=?G
Mm
(R+H)
?[?G
Mm
R
]=
GMmH
R(R+H)
              
飞船在轨道上:
G
Mm
(R+H)2
=m
v2
R+H
…①
所以:
1
2
mv2
GMm
2(R+H)
 …②
所发射飞船消耗的能量至少为:
E=
1
2
mv2+W
GMm
2(R+H)
+
GMmH
R(R+H)
GMm(R+2H)
2R(R+H)
…③
另解:飞船在未发射时,在月球表面:G
Mm
R2
=mg

所以:GMm=mgR2 …④
④代入③有:E=
mgR(R+2H)
2(R+H)

答:要将探月飞船从月球表面发送到离月球表面高度为H的环月轨道消耗的能量至少为
GMm(R+2H)
2R(R+H)
或者
mgR(R+2H)
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