石墨烯是一种具有超轻超高强度的新型材料。有人设想:用石墨烯制作超级缆绳连接地球赤道上的固定基地与同步空间站,利用超级缆绳承载太空电梯从地球基地向空间站运送物资。已知地球半径R,自转周期T,地球北极表面重力加速度,万有引力常量G。
(1)求地球的质量M;
(2)太空电梯停在距地3R的站点,求该站点处的重力加速度g的大小。
(1)求地球的质量M;
(2)太空电梯停在距地3R的站点,求该站点处的重力加速度g的大小。
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更新时间:2022-07-21 12:12:55
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【推荐1】研究发现:太阳系外某一恒星有一行星,已知行星围绕恒星运行一周所用的时间为1200年,行星与该恒星的距离为地球到太阳距离的100倍。假定行星围绕该恒星运行的轨道及地球绕太阳运行的轨道均可看成是圆轨道,则:
(1)该恒星的质量与太阳的质量之比是多少?
(2)行星绕恒星的公转速率与地球绕太阳的公转速率之比是多少?
(1)该恒星的质量与太阳的质量之比是多少?
(2)行星绕恒星的公转速率与地球绕太阳的公转速率之比是多少?
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【推荐2】中国载人登月工程规划2014年左右在深空探测领域,把十几吨的航天器送到地球轨道,2020年前建成自己的空间站。在探月方面,2020年前实现“回”地任务,即飞行器不但在月球上落下来,还取一些东西带回地球,并计划在2030年前后实现航天员登月。设想人类移民月球,不断把地球上的人口和资源搬运到月球上,没有搬运前,地球和月球的质量分别为M和m,假定经过长时间移民后,从地球上搬运到月球上的物质总质量为Δm(未知),地球和月球仍可看作是均匀的球体,月球仍沿移民前的圆周轨道环绕地球运动,轨道半径为R。万有引力常量为G,试用所学物理知识解答下列问题:
(1)从地球上搬运到月球上的物质总质量Δm为多大时,地球与月球之间的万有引力达到最大;
(2)当地球与月球之间的万有引力达到最大时,月球绕地球运动的周期变为原来未移民前月球绕地球运动的周期的多少倍(用M和m表示)。
(1)从地球上搬运到月球上的物质总质量Δm为多大时,地球与月球之间的万有引力达到最大;
(2)当地球与月球之间的万有引力达到最大时,月球绕地球运动的周期变为原来未移民前月球绕地球运动的周期的多少倍(用M和m表示)。
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解题方法
【推荐1】无处不在的引力场,构建出一幅和谐而神秘的宇宙图景。
(1)地球附近的物体处在地球产生的引力场中。地球可视为质量分布均匀的球体。已知地球的质量为M,引力常量为G。请类比电场强度的定义,写出距地心r处的引力场强度g的表达式。(已知r大于地球半径,结果用M、G和r表示)
(2)物体处于引力场中,就像电荷在电场中具有电势能一样,具有引力势能。
中国科学院南极天文中心的巡天望远镜追踪到由孤立的双中子星合并时产生的引力波。已知该双中子星的质量分别为、,且保持不变。在短时间内,可认为双中子星绕二者连线上的某一点做匀速圆周运动。请分析说明在合并过程中,该双中子星系统的引力势能、运动的周期T如何变化。
(3)我们可以在无法获知银河系总质量的情况下,研究太阳在银河系中所具有的引力势能。通过天文观测距银心(即银河系的中心)为r处的物质绕银心的旋转速度为v,根据,可得到银河系在该处的引力场强度g的数值,并作出图像,如图所示。已知太阳的质量,太阳距离银心。
a.某同学根据表达式认为:引力场强度g的大小与物质绕银心的旋转速度成正比,与到银心的距离r成反比。请定性分析说明该同学的观点是否正确。
b.将物质距银心无穷远处的引力势能规定为零,请利用题中信息估算太阳所具有的引力势能。
(1)地球附近的物体处在地球产生的引力场中。地球可视为质量分布均匀的球体。已知地球的质量为M,引力常量为G。请类比电场强度的定义,写出距地心r处的引力场强度g的表达式。(已知r大于地球半径,结果用M、G和r表示)
(2)物体处于引力场中,就像电荷在电场中具有电势能一样,具有引力势能。
中国科学院南极天文中心的巡天望远镜追踪到由孤立的双中子星合并时产生的引力波。已知该双中子星的质量分别为、,且保持不变。在短时间内,可认为双中子星绕二者连线上的某一点做匀速圆周运动。请分析说明在合并过程中,该双中子星系统的引力势能、运动的周期T如何变化。
(3)我们可以在无法获知银河系总质量的情况下,研究太阳在银河系中所具有的引力势能。通过天文观测距银心(即银河系的中心)为r处的物质绕银心的旋转速度为v,根据,可得到银河系在该处的引力场强度g的数值,并作出图像,如图所示。已知太阳的质量,太阳距离银心。
a.某同学根据表达式认为:引力场强度g的大小与物质绕银心的旋转速度成正比,与到银心的距离r成反比。请定性分析说明该同学的观点是否正确。
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【推荐2】宇航员王亚平在“天宫1号”飞船内进行了我国首次太空授课,演示了一些完全失重状态下的物理现象,若飞船质量为m,距地面高度为h ,地球半径为R,引力常量为G,地球表面的重力加速度大小为g,由此可求得:
(1)“天宫一号”飞船所在处的重力加速度g';
(2)“天宫一号”飞船围绕地球转一圈所用的时间T。
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