Question

地球以角速度ω₀繞地軸自轉，一只熱氣球相對地面靜止在赤道上空（不計氣球離地高度），已知地球半徑為R，在距地面h高處的圓形軌上有一顆人造地球衛(wèi)星，設地球質量為M，熱氣球的質量為m，人造地球衛(wèi)星的質量為m₁，根據(jù)上述條件，有一位同學列出了以下兩個式子：
對熱氣球有：G

Mm

R2

=mω₀²R   （1）
對人造地球衛(wèi)星有：G

Mm1

(R+h)2

=m1ω2(R+h)  （2）
進而求出了人造地球衛(wèi)星繞地球運行的角速度ω．
這兩個式子中有一個是錯誤的，找出來，并說明理由．現(xiàn)補充一個條件：已知第一宇宙速度為v₁，求距地h處的人造地球衛(wèi)星繞地球運行的角速度ω．

Answer 1

分析：對于熱氣球，熱氣球相對地面靜止在赤道上空，并不是繞地球做圓周運動，不能根據(jù)萬有引力等于向心力列式，氣球的整個條件都是沒用的，用來混淆視線的，這里的地球自轉的角速度無法通過氣球來求．
要求出人造地球衛(wèi)星繞地球運行的角速度ω，我們應補充一個條件后列出等式表示出GM．

解答：解：第一個等式（對熱氣球）不正確，
因為熱氣球不同于人造衛(wèi)星，并不是繞地球做圓周運動，熱氣球靜止在空中是因為浮力與重力平衡．
若利用第一宇宙速度v₁，有：G

Mm′

R2

=m′

v12

R

與第二個等式聯(lián)立可得：ω=v1

R (R+h)3

答：第一個等式是不正確的，熱氣球靜止在空中是因為浮力與重力平衡．距地h處的人造地球衛(wèi)星繞地球運行的角速度ω為v1

R (R+h)3

．

點評：本題考查了萬有引力在天體中的應用，解題的關鍵在于找出向心力的來源，并能列出等式解題．要注意熱氣球受地球的引力并不等于它繞地心所需的向心力．