题目内容

18.研究表明,地球自转在逐渐变慢,3亿年前地球自转的周期约为22小时,假设这种趋势会持续下去,地球的其他条件都不变,未来人类发射的地球同步卫星与现在的相比(已知以离地球无穷远处为零势能面,在离地心为r处的卫星的引力势能可表示为EP=-G$\frac{mM}{r}$,其中G为引力常量,M为地球质量,m为卫星的质量)(  )
A.发射同一卫星需要的机械能变大B.卫星的向心加速度变大
C.卫星的线速度变大D.卫星角速度变大

分析 同步卫星绕地球做匀速圆周运动,由地球的万有引力提供向心力,由牛顿第二定律分析未来的向心加速度、线速度大小和角速度大小.

解答 解:A、目前在发射卫星的过程中都是需要借助于地球的自转,未来地球自转的角速度减小,则卫星随地球自转的线速度减小,所以发射同一卫星需要的机械能变大.
同步卫星的质量为m,轨道半径为r,地球的质量为M,则有:
G$\frac{mM}{{r}^{2}}$=m$\frac{4{π}^{2}r}{{T}^{2}}$=m$\frac{{v}^{2}}{r}$=mω2r=ma向
得周期为:T=2π$\sqrt{\frac{{r}^{3}}{GM}}$,
由题意知,地球的质量不变,未来的同步卫星的周期增大,则轨道半径增大.
将卫星发射到更高的轨道上,需要的机械能也大.故A正确;
B、C、线速度为:v=$\sqrt{\frac{GM}{r}}$,向心加速度a向=$\frac{GM}{{r}^{2}}$
由题意知,地球的质量不变,轨道半径增大,则线速度v减小,向心加速度减小,故B错误,C错误;
D、由题可知未来的同步卫星的周期增大,则角速度减小,故D错误.
故选:A

点评 本题是万有引力定律与圆周运动知识的综合,关键要建立模型,抓住探测器绕月球做匀速圆周运动时,由月球的万有引力提供向心力.

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