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無處不在的引力場(chǎng),構(gòu)建出一幅和諧而神秘的宇宙圖景。

(1)地球附近的物體處在地球產(chǎn)生的引力場(chǎng)中。地球可視為質(zhì)量分布均勻的球體,已知地球的質(zhì)量為M,引力常量為G。請(qǐng)類比電場(chǎng)強(qiáng)度的定義,寫出距地心r處的引力場(chǎng)強(qiáng)度g0的表達(dá)式。(已知r大于地球半徑,結(jié)果用M、G和r表示)
(2)物體處于引力場(chǎng)中,就像電荷在電場(chǎng)中具有電勢(shì)能一樣,具有引力勢(shì)能。
中國(guó)科學(xué)院南極天文中心的巡天望遠(yuǎn)鏡追蹤到由孤立的雙中子星合并時(shí)產(chǎn)生的引力波。已知該雙中子星的質(zhì)量分別為m1、m2,且保持不變。在短時(shí)間內(nèi),可認(rèn)為雙中子星繞二者連線上的某一點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。請(qǐng)分析說明在合并過程中,該雙中子星系統(tǒng)的引力勢(shì)能、運(yùn)動(dòng)的周期T如何變化。
(3)我們可以在無法獲知銀河系總質(zhì)量的情況下,研究太陽在銀河系中所具有的引力勢(shì)能。通過天文觀測(cè)距銀心(即銀河系的中心)為r處的物質(zhì)繞銀心的旋轉(zhuǎn)速度為v,根據(jù)g=
v
2
r
,可得到銀河系在該處的引力場(chǎng)強(qiáng)度g的數(shù)值,并作出g-r圖像,如圖所示。已知太陽的質(zhì)量m=2.0×1030kg,太陽距離銀心r0=2.5×1020m。
a.某同學(xué)根據(jù)表達(dá)式g=
v
2
r
認(rèn)為:引力場(chǎng)強(qiáng)度g的大小與物質(zhì)繞銀心的旋轉(zhuǎn)速度v2成正比,與到銀心的距離r成反比。請(qǐng)定性分析說明該同學(xué)的觀點(diǎn)是否正確。
b.將物質(zhì)距銀心無窮遠(yuǎn)處的引力勢(shì)能規(guī)定為零,請(qǐng)利用題中信息估算太陽所具有的引力勢(shì)能Ep。

【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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發(fā)布:2024/6/27 10:35:59組卷:157引用:2難度:0.3
相似題
  • 1.1997年8月26日在日本舉行的國(guó)際天文學(xué)會(huì)上,德國(guó)MaxPlanck學(xué)會(huì)的一個(gè)研究組宣布了他們的研究成果:銀河系的中心可能存在一個(gè)在黑洞.他們的根據(jù)是用口徑為3.5m的天文望遠(yuǎn)鏡對(duì)獵戶座中位于銀河系中心附近的星體進(jìn)行近六年的觀測(cè)所得到的數(shù)據(jù),他們發(fā)現(xiàn),距離銀河系中心約60億公里的星體正以2000km/s的速度圍繞銀河系中心旋轉(zhuǎn).根據(jù)上面的數(shù)據(jù),試在經(jīng)典力學(xué)的范圍內(nèi)(見提示2),通過計(jì)算確認(rèn),如果銀河系中心確實(shí)存在黑洞的話,其最大半徑是多少.(引力常數(shù)G=6.67×10-20km3?kg-1?s-2
    提示:
    (1)黑洞是一種密度極大的天體,其表面的引力是如此之強(qiáng),以至于包括光在內(nèi)的所有物質(zhì)都不了其引力作用.
    (2)計(jì)算中可以采用拉普拉斯經(jīng)典黑洞模型,在這種模型中,在黑洞表面上的所有物質(zhì),即使初速度等于光速c也逃脫不了其引力的作用.

    發(fā)布:2024/12/30 1:30:2組卷:54引用:3難度:0.5
  • 2.2019年4月10日21時(shí),人類首張黑洞照片在全球六地的視界面望遠(yuǎn)鏡發(fā)布會(huì)上同步發(fā)布。該黑洞半徑為R,質(zhì)量M和半徑R的關(guān)系滿足:
    M
    R
    =
    c
    2
    2
    G
    ,(其中c為光速G為引力常量)。若天文學(xué)家觀測(cè)到距黑洞中心距離為r的天體以速度v繞該黑洞做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則( ?。?/h2>

    發(fā)布:2024/12/30 2:0:2組卷:19引用:3難度:0.7
  • 3.中子星是恒星演變到最后的一種存在形式.
    (1)有一密度均勻的星球,以角速度ω繞自身的幾何對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn).若維持其表面物質(zhì)不因快速旋轉(zhuǎn)而被甩掉的力只有萬有引力,那么該星球的密度至少要多大?
    (2)蟹狀星云中有一顆中子星,它每秒轉(zhuǎn)30周,以此數(shù)據(jù)估算這顆中子星的最小密度.
    (3)若此中子星的質(zhì)量約為太陽的質(zhì)量(2×1030kg),試問它的最大可能半徑是多大?

    發(fā)布:2024/12/30 1:30:2組卷:86引用:2難度:0.1
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