人教版高中物理必修2第六章 万有引力与航天3. 万有引力定律习题(2).doc

第六章 万有引力定律习题解答，试用开普勒第三定律证明：一个物体由此轨道自静止而自由下落至中心天体所需的时间为证明：物体自由下落的加速度就是在行星上绕中心天体公转的向心加速度：由自由落体公式：（此题原来答案是：，这里的更正与解答仅供参考）6.2.1 土星质量为5.71026kg，太阳质量为2.01030kg，两者的平均距离是1.41012m.太阳对土星的引力有多大？设土星沿圆轨道运行，求它的轨道速度。解：据万有引力定律，太阳与土星之间的引力f =GMm/r2=6.5110-112.010305.71026/(1.41012)2 3.81022N选择日心恒星参考系，对土星应用牛顿第二定律：f=mv2/r6.2.3 一个球形物体以角速度转动，如果仅有引力阻碍球的离心分解，此物体的最小密度是多少？由此估算巨蟹座中转数为每秒30转的脉冲星的最小密度。这脉冲星是我国在1054年就观察到的超新星爆的结果。如果脉冲星的质量与太阳的质量相当（21030kg或3105Me，Me为地球质量），此脉冲星的最大可能半径是多少？若脉冲星的密度与核物质相当，它的半径是多少？核密度约为1.21017kg/m3.解：设此球体半径为R,质量为m.考虑球体赤道上的质元m,它所受到的离心惯性力最大 f*=m2R，若不被分解，它所受到的引力至少等于离心惯性力,即 Gmm/R2=m2R m=2R3/G ，而 m=4R3/3，代如上式，可求得，脉冲星的最小密度据密度公式，m =V=4R3/3 ,R3=3m/(4)6.2.4 距银河系中心约25000光年的太阳约以0年的周期在一圆周上运动。地球距太阳8光分。设太阳受到的引力近似为银河系质量集中在其中心对太阳的引力。试求以太阳质量为单位银河系的质量。解：设银河系、太阳、地球的质量分别为M、m、m；太阳距银河系中心的距离为r=2.5104光年=2.51043652460光分=1.31106光分，绕银河系中心公转角速度为=10-82/1.7年；地球距太阳的距离为r=8光分，绕太阳公转角速度为=2/年分别对地球和太阳应用万有引力定律和牛顿第二定律：Gmm/ r 2 = m2 r （1） GMm / r2 = m2 r (2)由（1）可得G=2 r3/m，代入（2）中，可求得，远日点的速度为10km/s，近日点的速度为80km/s。若地球在半径为1.5108km圆周轨道上绕日运动，速度为30km/s。求此彗星的远日点距离。解：角动量守恒 能量守恒 牛二定律 ,联立，解得 a = 3108 km6.2.6 一匀质细杆长L，质量为M.求距其一端为d处单位质量质点受到的引力（亦称引力场强度）。解：选图示坐标0-x,单位质量质点在坐标原点处，在杆上取质元dm=dxM/L,其坐标为x,它对原点处质点的引力为：,由于各质元对质点的引力方向均沿x轴正向，杆对质点的引力方向沿x轴正向，大小为，求位于圆心处单位质量质点受到的引力（引力场强度）解：由对称性分析可知，引力场强度的x分量等于零。质元dm=Rd所受引力的y分量为6.3.1 考虑一转动的球形行星，赤道上各点的速度为V，赤道上的加速度是极点上的一半，求此行星极点处的粒子的逃逸速度。解： 设行星半径为R，质量为M，粒子m在极点处脱离行星所需的速度为v，在无穷远处的速度、引力势能为零，由机械能守恒定律有 即 以球形行星为参考系（匀速转动参考系），设粒子m在赤道上和极点上的加速度分别为a1和a2。粒子m在赤道上除受引力作用外还受离心惯性力作用，由牛二定律有 粒子m在极点上只受引力作用，由牛二定律有 已知 由、可求得 代入中，得6.3.2 已知地球表面的重力加速度为9.8ms-2，围绕地球的大圆周长为4107m，月球与地球的直径及质量之比分别是试计算从月球表面逃离月球引力场所必需的最小速度。解： 设质