
设地球的质量为M,半径为R,其自转角速度为ω,则地球上空的同步卫星离地面的高度是( ) A. GMω3-R B. 3GMω2-R C. 2R D. 3GMω2-R
好的,我们先一步步来分析这道题。
1. 理解题意
同步卫星的角速度等于地球自转角速度 ω,周期 T=ω2π。
设卫星质量为 m,轨道半径为 r(从地心算起)。
2. 根据万有引力提供向心力
r2GMm=mω2r
这里 G 是引力常数,M 是地球质量,ω 是自转角速度。
3. 简化方程
两边消去 m:
r2GM=ω2rGM=ω2r3r3=ω2GMr=3ω2GM
题目问的是 离地面的高度 h=r−R。
所以:
h=3ω2GM
−R
4. 与选项对比
选项里符号可能略有不同,注意:
3ω2GM
=(ω2GM)1/3
有的教材会写成 3GM/ω2
。
选项里有一个是:
3ω2GM
−R
这个可以写作 (GM/ω2)1/3−R。
我们看给出的选项(原题复制过来可能格式有点乱):
A. 3ωGM
−R (不对,ω 是 1 次方,错)
B. 3ω2GM
−R (就是我们的结果)
C. 2R (明显不是,除非 ω 特别值)
D. ω23GM−R (这个量纲不对,立方根漏了)
如果选项文字里 “3GMω2-R” 是印刷的 3ω2GM
−R,那对应 B 选项。
5. 结论
正确答案是:
Bh=3ω2GM
−R