题目内容

半径为R、质量为M的铅球内有一半径为R/2的球形空腔,空腔表面与铅球面内切,求这个空腔铅球以多大的力吸引质量为m的小球(体积不计).已知小球离铅球中心的距离为d,且在铅球中心与空腔中心的连线上,如图所示.
??(4GmM/7)[2/d2-1/(2d-R)2]?
??解析一:如图所示,设想把挖去部分用与铅球同密度的材料填充,填充后铅球的质量为M0.为了抵消填充球体产生的引力,我们在右边等距处又放置一个等质量的球体,球体质量为M1,由前面运算知M1=M/7,M0=M+M1=8M/7.则

??F=F0-F1=GmM0/d2-GmM1/(d-R/2)2=8GmM/7d2-4GmM/7(2d-R)2=(4GmM/7)[2/d2-1/(2d-R)2].
??解析二:如图所示,设想把挖去部分用与铅球同密度的材料填充,填充后铅球的质量为M0,则完整铅球对小球的吸引力可以看成是空腔铅球对小球的引力F1与填充材料对小球的引力的合力即F0=F1+F2则F1=F0-F2=GmM0/d2-GmM1/(d-R/2)2=8GmM/7d2-4GmM/7(2d-R)2=(4GmM/7)[2/d2-1/(2d-R)2].
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