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2023年北京市朝陽區(qū)高考物理二模試卷
>
試題詳情
無處不在的引力場,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)類比電場強(qiáng)度的定義,寫出距地心r處的引力場強(qiáng)度g
0
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)物體處于引力場中,就像電荷在電場中具有電勢能一樣,具有引力勢能。
中國科學(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m
1
、m
2
,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能。通過天文觀測距銀心(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=2.0×10
30
kg,太陽距離銀心r
0
=2.5×10
20
m。
a.某同學(xué)根據(jù)表達(dá)式g=
v
2
r
認(rèn)為:引力場強(qiáng)度g的大小與物質(zhì)繞銀心的旋轉(zhuǎn)速度v
2
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能E
p
。
【考點(diǎn)】
中子星與黑洞
;
牛頓第二定律與向心力結(jié)合解決問題
.
【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:144
引用:2
難度:0.3
相似題
1.
2019年4月10日晚9時(shí)許,全球多地天文學(xué)家同步公布如圖所示的首張黑洞照片,黑洞是一種密度極大的天體,從黑洞發(fā)出的光子都無法掙脫引力而射出。若某“黑洞”的半徑約為135km,逃逸速度可近似認(rèn)為是真空中的光速。已知萬有引力常量G=6.67×10
-11
N?m
2
/kg
2
,真空中光速c=3×10
8
m/s,地球的質(zhì)量大約為6.0×10
24
kg,理論分析表明,天體的第二宇宙速度(逃逸速度)是其第一宇宙速度的
2
倍,這個(gè)關(guān)系對(duì)于天體普遍適用。根據(jù)以上數(shù)據(jù),估算此“黑洞”質(zhì)量約為地球質(zhì)量的多少倍( ?。?/h2>
A.1.5×10
4
B.1.5×10
5
C.1.5×10
6
D.1.5×10
7
發(fā)布:2024/8/27 3:0:8
組卷:64
引用:3
難度:0.6
解析
2.
宇宙中有兩顆相距400km的中子星,它們繞自身連線上的某點(diǎn)每秒轉(zhuǎn)動(dòng)12圈。將兩顆中子星都看作是質(zhì)量均勻分布的球體,由這些數(shù)據(jù)和萬有引力常量,利用牛頓力學(xué)知識(shí),可以估算出這一時(shí)刻兩顆中子星( ?。?/h2>
A.各自的質(zhì)量
B.質(zhì)量之和
C.各自的速度
D.各自的自轉(zhuǎn)角速度
發(fā)布:2024/8/28 1:0:8
組卷:53
引用:1
難度:0.5
解析
3.
英國《自然?天文學(xué)》雜志發(fā)表的一篇論文稱,某科學(xué)家在銀河系中心附近的一團(tuán)分子氣體云中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)黑洞。科學(xué)研究表明,當(dāng)天體的逃逸速度(逃逸速度為第一宇宙速度的
2
倍)超過光速時(shí),該天體就是黑洞。已知某天體與地球的質(zhì)量之比為k,地球的半徑為R,地球衛(wèi)星的環(huán)繞速度(第一宇宙速度)為v
1
,光速為c,則要使該天體成為黑洞,其半徑應(yīng)小于( ?。?/h2>
A.
2
v
2
1
R
k
c
2
B.
2
k
c
2
R
v
2
1
C.
k
v
2
1
R
2
c
2
D.
2
k
v
2
1
R
c
2
發(fā)布:2024/7/7 8:0:9
組卷:34
引用:1
難度:0.6
解析
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