组卷网 > 高中物理综合库 > 力学 > 万有引力与宇宙航行 > 万有引力定律 > 万有引力定律的发现 > 万有引力定律的内容、推导及适用范围
题型:解答题 难度:0.65 引用次数:874 题号:18901156
类比是研究问题的一种常用方法。
(1)物体受到地球的万有引力作用,可以认为是通过引力场发生的。已知地球的质量为M,引力常量为G。类比电场强度,推导地球在距地心为r处(r大于地球半径)产生的引力场强度的表达式。
(2)经典电磁理论认为氢原子核外电子的运动与行星类似,在库仑引力的作用下绕核做匀速圆周运动。设电子的质量为m,电荷量为e,静电力常量为k,电子处于基态时的轨道半径为R。求电子处于基态时做圆周运动的线速度大小v
(3)a.物体从静止开始下落,除受到重力作用外,还受到一个与运动方向相反的空气阻力k为常量)的作用。其速率v随时间t的变化规律可用方程描述,其中m为物体质量,为其重力。求物体下落的最大速率;并在图1所示的坐标系中定性画出速度v随时间t变化的图像。
b.图2为“演示电容器充、放电”的实验电路图。电源电动势为E、内阻不计。电容器的电容为C,定值电阻的阻值为R。将开关接1,给电容器充电,写出充电过程中极板电荷量q随时间t变化的方程。类比图像,在图3所示的坐标系中定性画出电荷量q随时间t变化的图像。
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【推荐1】牛顿利用行星围绕太阳的运动可看做匀速圆周运动,借助开普勒三定律推导出两物体间的引力与它们质量的乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比。牛顿思考月球绕地球运行的原因时,苹果的偶然落地引起了他的遐想:拉住月球使它围绕地球运动的力与拉着苹果下落的力,是否都与太阳吸引行星的力性质相同,即都遵循着平方反比规律?因此,牛顿开始了著名的“月-地检验”。
(1)将月球绕地球运动看作匀速圆周运动。已知月球质量为m,月球半径为r,地球质量为M,地球半径为R,地球和月球质心间的距离为L,月球绕地球公转的周期T,求地球和月球之间的相互作用力F
(2)在牛顿的时代,LT都能较精确地测定,已知L≈3.84×108m、T≈2.36×106s,地面附近的重力加速度g=9.80m/s2,请据此写出计算月球公转的向心加速度a的表达式并计算比值
(3)已知月球与地球的距离约为地球半径的60倍,如果牛顿的猜想正确,请你据此计算月球公转的向心加速度a和苹果下落的加速度g的比值,并与(2)中的结果相比较,你认为牛顿的猜想是正确的吗?(2、3问在数字计算过程中可用近似π2g,结果保留两位有效数字)
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【推荐2】牛顿运用其运动定律并结合开普勒定律,通过建构物理模型研究天体的运动,建立了伟大的万有引力定律。请你选用恰当的规律和方法解决下列问题:
(1)某质量为m的行星绕太阳运动的轨迹为椭圆,若行星在近日点与太阳中心的距离为,在远日点与太阳中心的距离为。求行星在近日点和远日点的加速度大小之比;
(2)实际上行星绕太阳的运动轨迹非常接近圆,其运动可近似看做匀速圆周运动。设行星与太阳的距离为r,请根据开普勒第三定律()及向心力的相关知识,证明太阳对行星的作用力Fr的平方成反比
(3)我们知道,地球表面不同位置的重力加速度大小略有不同。若已知地球质量为M,自转周期为T,万有引力常量为。将地球视为半径为R、质量均匀分布的球体,不考虑空气的影响。设在赤道地面附近重力加速度大小为,在北极地面附近重力加速度大小为,求比值的表达式。
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解答题 | 适中 (0.65)
【推荐3】与行星绕太阳运动一样,卫星之所以能绕地球运动也同样是因为它受到地球的引力,假设有一颗人造地球卫星,质量为m,绕地球运动的周期为T,轨道半径为r,则应有。由此有人得出结论:地球对卫星的引力F应与r成正比,你认为该结论是否正确?若不正确错在何处?
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