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“大自然每个领域都是美妙绝伦的。”随着现代科技发展,人类不断实现着“上天入地”的梦想,但是“上天容易入地难”,人类对脚下的地球还有许多未解之谜。地球可看作是半径为R的球体。

(1)以下在计算万有引力时,地球可看作是质量集中在地心的质点。

a.已知地球两极的重力加速度为g1,赤道的重力加速度为g2,求地球自转的角速度ω;

b.某次地震后,一位物理学家通过数据分析,发现地球的半径和质量以及两极的重力加速度g1都没变,但赤道的重力加速度由g2略微减小为g3,于是他建议应该略微调整地球同步卫星的轨道半径。请你求出同步卫星调整后的轨道半径与原来的轨道半径r之比

(2)图1是地球内部地震波随深度的分布以及由此推断出的地球内部的结构图。在古登堡面附近,横波(S)消失且纵波(P)的速度与地表处的差不多,于是有人认为在古登堡面附近存在着很薄的气态圈层,为了探究气态圈层的压强,两位同学提出了以下方案。

甲同学的方案:如图2所示,由于地球的半径非常大,设想在气态圈层的外侧取一底面积很小的柱体,该柱体与气态圈层的外表面垂直。根据资料可知古登堡面的半径为R1,气态圈层之外地幔及地壳的平均密度为,平均重力加速度为g,地球表面的大气压强相对于该气态圈层的压强可忽略不计。

乙同学的方案:设想在该气态圈层内放置一个正方体,并且假定每个气体分子的质量为m,单位体积内的分子数为n,分子大小可以忽略,其速率均相等,且与正方体各面碰撞的机会均等,与各面碰撞前后瞬间,分子的速度方向都与各面垂直,且速率不变。根据古登堡面附近的温度可推知气体分子运动的平均速率为v.

请你选择其中的一种方案求出气态圈层的压强p.

练习册系列答案
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节能环保的“风光互补路灯”获得广泛应用。图1 是利用自然资源实现“自给自足”的风光互补的路灯,图2 是其中一个路灯的结构示意图,它在有阳光时可通过太阳能电池板发电,有风时可通过风力发电。

(1)北京市某日路灯的开灯时间为19: 00 到次日6: 00,若路灯的功率为P 0 =40W,求一盏灯在这段时间内消耗的电能E电。

(2)风力发电机旋转叶片正面迎风时的有效受风面积为S ,运动的空气与受风面作用后速度变为零,若风力发电机将风能转化为电能的效率为,空气平均密度为,当风速为v 且风向与风力发电机受风面垂直时,求该风力发电机的电功率P 。

(3)太阳能电池的核心部分是P 型和N 型半导体的交界区域—— PN 结,如图3 所示,取P 型和N 型半导体的交界为坐标原点,PN 结左右端到原点的距离分别为xP 、xN 。无光照时,PN 结内会形成一定的电压,对应的电场称为内建电场E场,方向由N 区指向P 区;有光照时,原来被正电荷约束的电子获得光能变为自由电子,就产生了电子—空穴对,空穴带正电且电荷量等于元电荷e ;不计自由电子的初速度,在内建电场作用下,电子被驱向N 区,空穴被驱向P 区,于是N 区带负电,P 区带正电,图3 所示的元件就构成了直流电源。某太阳能电池在有光持续照射时,若外电路断开时,其PN 结的内建电场场强E场的大小分布如图4 所示,已知xP 、xN 和E0;若该电池短路时单位时间内通过外电路某一横截面的电子数为n ,求此太阳能电池的电动势E 和内电阻r 。

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