题目
地球的质量为m,太阳的质量为M,地心与日心的距离为R,引力常量为G,则地球绕太阳作圆周运动的轨道角动量为L=_______________.
地球的质量为m,太阳的质量为M,地心与日心的距离为R,引力常量为G,
则地球绕太阳作圆周运动的轨道角动量为L=_______________.
题目解答
答案
m \\sqrt{GMR}
解析
考查要点:本题主要考查万有引力定律和圆周运动中的角动量概念,需要结合两者推导地球绕太阳运动的角动量表达式。
解题核心思路:
- 角动量公式:角动量$L = r \cdot p$,其中$r$是轨道半径,$p$是动量($p = mv$)。
- 向心力来源:地球绕太阳做圆周运动的向心力由万有引力提供,即$\frac{GMm}{R^2} = \frac{mv^2}{R}$,由此求出轨道速度$v$。
- 代入角动量公式:将$v$代入$L = m v R$,最终得到表达式。
破题关键点:
- 正确建立万有引力与向心力的等式,消去无关变量(如$m$)。
- 注意公式推导中单位的统一和物理量的正确代入。
-
求轨道速度$v$
根据万有引力提供向心力:
$\frac{GMm}{R^2} = \frac{mv^2}{R}$
两边同乘$R$并消去$m$,得:
$v^2 = \frac{GM}{R} \quad \Rightarrow \quad v = \sqrt{\frac{GM}{R}}$ -
代入角动量公式
角动量公式为:
$L = m v R$
将$v = \sqrt{\frac{GM}{R}}$代入,得:
$L = m \cdot \sqrt{\frac{GM}{R}} \cdot R = m \sqrt{GMR}$