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 > 空壳内及地表下的万有引力
题型:解答题 难度:0.4 引用次数:1330 题号:6605409
已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g0,不考虑地球自转的 影响并假设地球质量分布均匀且密度为。假若在地球内部距表面深度为的某区域存在一半径为的球形煤炭矿区,设煤炭密度为(小于),则由于该煤炭矿区区域的存在,造成的地球该区域表面重力加速度的变化量的最大值是多少?
   

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解答题 | 较难 (0.4)
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【推荐1】我国航天技术水平在世界处于领先地位,对于人造卫星的发射,有人提出了利用“地球隧道”发射人造卫星的构想:沿地球的一条弦挖一通道,在通道的两个出口处分别将等质量的待发射卫星部件同时释放,部件将在通道中间位置“碰撞组装”成卫星并静止下来;另在通道的出口处由静止释放一个大质量物体,大质量物体会在通道与待发射的卫星碰撞,只要物体质量相比卫星质量足够大,卫星获得足够速度就会从对向通道口射出。(以下计算中,已知地球的质量为,地球半径为,引力常量为G,可忽略通道AB的内径大小和地球自转影响。)
(1)如图甲所示,将一个质量为的质点置于质量分布均匀的球形天体内,质点离球心O的距离为r。已知天体内部半径在之间的“球壳”部分(如甲示阴影部分)对质点的万有引力为零,求质点所受万有引力的大小
(2)如图乙所示,设想在地球上距地心h处沿弦长方向挖了一条光滑通道AB,一个质量为m。的质点在离通道中心的距离为x处,求质点所受万有引力沿弦AB方向的分力;将该质点从A点静止释放,求质点到达通道中心处时的速度大小
(3)如图丙所示,如果质量为m的待发射卫星已静止在通道中心处,由A处静止释放另一质量为M的物体,物体到达处与卫星发生弹性正碰,设M远大于m,计算时可取。卫星从图丙示通道右侧B处飞出,为使飞出速度达到地球第一宇宙速度,h应为多大?
2023-03-21更新 | 1729次组卷
解答题 | 较难 (0.4)
【推荐2】压强表示单位面积上压力的大小,是物理学中的重要概念。
(1)请导出压强的单位Pa(帕)与基本单位m(米)、kg(千克)和s(秒)之间的关系。
(2)单个粒子碰撞在某一平面上会产生一个短暂的作用力,而大量粒子持续碰撞会产生一个持续的作用力。一束均匀粒子流持续碰撞一平面,设该束粒子流中每个粒子的质量均为m、速度大小均为v,方向都与该平面垂直,单位体积内的粒子数为n,粒子与该平面碰撞后均不反弹,忽略空气阻力,不考虑粒子所受重力以及粒子间的相互作用。求粒子流对该平面所产生的压强p
(3)理论上可以证明:质量分布均匀的球壳对壳内物体的万有引力为零。利用该规律可给出一种计算恒星中心压强的模型:
恒星内部的热核反应会向外辐射大量的电磁波,当辐射所产生的扩张压力与万有引力所产生的收缩压力平衡时,恒星便稳定下来。
设想处于稳定状态的恒星是一质量分布均匀、密度为ρ、半径为R的球体。选取该恒星内部一距恒星中心为rrR)、厚度为rr远小于r)的小薄片A,如图所示,已知辐射所产生的扩张压力在A的内、外表面引起的压强差的绝对值为p,引力常量为G。忽略其它天体的影响。
a.推导r之间的关系式,并在图中定性画出r变化的图像;
b.若恒星表面处扩张压力所产生的压强为零,求恒星中心处的压强pC
2022-11-02更新 | 987次组卷
解答题 | 较难 (0.4)
【推荐3】类比是研究问题的常用方法。
(1)情境1:如图1所示,弹簧振子的平衡位置为O点,在BC两点之间做简谐运动,小球相对平衡位置的位移x随时间t的变化规律可用方程描述,其中为小球相对平衡位置O时的最大位移,m为小球的质量,k为弹簧的劲度系数。请在图2中画出弹簧的弹力F随位移x变化的示意图,并求出小球从C点到O点的时间。

(2)情境2:假设地球可视为一个质量分布均匀且密度为ρ的球体,地球的半径为R,万有引力常数为G
a.根据电荷均匀分布的球壳内试探电荷所受库仑力的合力为零,利用库仑力与万有引力的表达式的相似性和相关力学知识,在图3中画出质量为m的小球所受万有引力F与小球到球心之间的距离r的图像,并标出时的纵坐标;

b.若通过地球的南北两极之间能够打通一个真空隧道,把一个质量为m的小球从北极的隧道口(地面处)由静止释放后,小球能够在隧道内运动。求小球从隧道口到地心的时间。
2024-06-07更新 | 122次组卷
共计 平均难度:一般