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解 宇航站主体质量记为M,探测器质量记为m,发射前宇航站(内载探测器)在近地点的速度记为v1,在远地点的速度记为v2,据开普勒第二定律有v2<v1.近地点发射前后的动量守恒式为
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其中vM,1为发射后宇航站主体速度,vm,1为发射后探测器速度.再将发射速度记为u.u,vM,1,vm,1之间的关系是
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由此可得
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同理可得远地点发射后探测器的速度为
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发射前探测器随宇航站一起运动,在近地点与远地点能量相同,探测器的能量记为E0.近地点发射后探测器增加的能量为
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轨道为抛物线,意味着发射后探测器能量为
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远地点发射后探测器增加的能量和新轨道的能量分别为
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因v2<v1,故
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可见探测器将沿椭圆轨道绕地球运行.
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例16 通过天文观察,发现存在非圆的行星椭圆轨道,假设质点间的万有引力大小与间距r的关系为F=GMmrα,其中α为待定常数,试就下面两种情况分别确定α:
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(1)太阳在椭圆轨道的一个焦点上(开普勒第一定律);
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(2)太阳在椭圆的中心.
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解 行星所受引力指向太阳,行星轨道角动量守恒,面积速度仍是不变量(开普勒第二定律).
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