(1)萬有引力與向心力的聯(lián)系:萬有引力提供天體做勻速圓周運動的向心力, 即是本章解題的主線索。 (2)萬有引力與重力的聯(lián)系 物體所受的重力近似等于它受到的萬有引力,即,g為對應軌道處的重力加速度,這是本章解題的副線索。 重力與向心力的聯(lián)系 ,g為對應軌道處的重力加速度,適用于已知g的特殊情況。 模型一:環(huán)繞型 談一談:對于有衛(wèi)星的天體,可認為衛(wèi)星繞中心天體做勻速圓周運動,中心天體對衛(wèi)星的萬有引力提供衛(wèi)星做勻速圓周運動的向心力,利用引力常量G和環(huán)形衛(wèi)星的v、ω、T、r中任意兩個量進行估算(只能估計中心天體的質(zhì)量,不能估算環(huán)繞衛(wèi)星的質(zhì)量)。 ①已知r和T:
②已知r和v:
③已知T和v:
模型二:表面型
談一談:對于沒有衛(wèi)星的天體(或有衛(wèi)星,但不知道衛(wèi)星運行的相關(guān)物理量),可忽略天體自轉(zhuǎn)的影響,根據(jù)萬有引力等于重力進行粗略估算。
變形:如果物體不在天體表面,但知道物體所在處的g,也可以利用上面的方法求出天體的質(zhì)量。
處理:不考慮天體自轉(zhuǎn)的影響,天體附近物體的重力等于物體受的萬有引力,即:
在忽略星球自轉(zhuǎn)的情況下,物體在星球表面的重力大小等于物體與星球間的萬有引力大小,即:
1.某天文愛好者在地面觀測衛(wèi)星1和衛(wèi)星2繞地球做圓周運動的情況,測得t時間內(nèi)衛(wèi)星1運動的弧長為s,衛(wèi)星1與地心的連線轉(zhuǎn)過的角度θ。已知萬有引力常量為G,求:
(1)地球的質(zhì)量;
(2)若已知衛(wèi)星2繞地球運動的軌道半徑為衛(wèi)星1軌道半徑的兩倍,求衛(wèi)星2運行的周T2。
2.銀河系的恒星中大約四分之一是雙星.某雙星由質(zhì)量不等的星體S1和S2構(gòu)成,兩星在相互之間的萬有引力作用下繞兩者連線上某一定點O做勻速圓周運動.由天文觀察測得它們的運動周期為T,若已知S1和S2的距離為r,引力常量為G,求兩星的總質(zhì)量M。
1.
(1)由題可知,衛(wèi)星1做圓周運動的半徑為
衛(wèi)星1做圓周運動的線速度為
由萬有引力提供向心力
求得地球的質(zhì)量為
(2)衛(wèi)星1做圓周運動的周期為
因為r2=2r1
根據(jù)開普勒第三定律有
解得
2. 設星體S1、S2的質(zhì)量分別為m1、m2,運動的軌道半徑分別為R1、R2,則運動的角速度為
根據(jù)萬有引力定律和向心力公式有:
又:R1+R2=r
聯(lián)立解得兩星的總質(zhì)量為
點睛:在雙星問題中,兩個天體運動時有共同的角速度,并繞它們連線上的某個點做勻速圓周運動,萬有引力提供了圓周運動的向心力。
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