题目内容
16.太空中存在一些离其它恒星很远的、由三颗星组成的三星系统,可忽略其它星体对它们的引力作用.在太空中已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式:一种是直线三星系统,三颗星始终在一条直线上;另一种是三角形三星系统,三颗星位于等边三角形的三个顶点上.已知某直线三星系统P每颗星体的质量均为m,相邻两颗星中心间的距离都为R;某三角形三星系统Q的每颗星体的质量恰好也均为m,现测出三星系统P外侧的两颗星作匀速圆周运动的周期和三星系统Q每颗星作匀速圆周运动的周期相等.已知引力常量为G,忽略其它星体对三星的引力作用.则下列说法正确的是( )| A. | 三星系统P外侧两颗星运动的线速度大小为$v=\frac{1}{2}\sqrt{\frac{Gm}{R}}$ | |
| B. | 三星系统P外侧两颗星运动的角速度大小为$?=\frac{1}{2}\sqrt{\frac{5Gm}{R}}$ | |
| C. | 三星系统Q的运动周期为$T=4πR\sqrt{\frac{R}{5Gm}}$ | |
| D. | 三星系统Q任意两颗星体中心间的距离为$L=\root{3}{{\frac{12}{5}}}R$ |
分析 明确研究对象,对研究对象受力分析,找到做圆周运动所需向心力的来源,根据牛顿第二定律列式分析即可.
解答 解:A、对三星系统P:三颗星位于同一直线上,两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行;
其中边上的一颗星受中央星和另一颗边上星的万有引力提供向心力:$G\frac{{m}^{2}}{{R}^{2}}+G\frac{{m}^{2}}{(2R)^{2}}=m\frac{{v}^{2}}{R}$,解得$v=\sqrt{\frac{5Gm}{R}}$.
则T=$\frac{2πR}{v}=4πR\sqrt{\frac{R}{5Gm}}$,$ω=\frac{2π}{T}$=$\frac{1}{2R}\sqrt{\frac{5Gm}{R}}$,三星系统P外侧的两颗星作匀速圆周运动的周期和三星系统Q每颗星作匀速圆周运动的周期相等,故AB错误,C正确.
D、另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个项点上,并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行,
由万有引力定律和牛顿第二定律得:$2\frac{G{m}^{2}}{{L}^{2}}cos30°=m\frac{L}{2cos30°}•(\frac{2π}{T})^{2}$,
由于两种系统的运动周期相同,即T=4πR$\sqrt{\frac{R}{5Gm}}$,解得:L=$\root{3}{\frac{12}{5}}R$,故D正确.
故选:CD.
点评 万有引力定律和牛顿第二定律是力学的重点,在本题中有些同学找不出什么力提供向心力,关键在于进行正确受力分析.
练习册系列答案
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5.
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| C. | 1000V/m,垂直ab向上 | D. | 1000V/m,沿ac由a指向c |
13.游泳运动员以恒定的速率垂直河岸横渡,当水速突然增大时,对运动员横渡经历的路程、时间发生的影响是( )
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| C. | 时间不变 | D. | 路程、时间均与水速无关 |