题目内容

8.用M表示地球的质量,R表示地球的半径,r月地表示月球到地球的距离,在地球引力作用下:
(1)地面上物体的重力加速度g=$\frac{GM}{{R}^{2}}$
(2)月球的加速度a月=$\frac{GM}{{(R{+r}_{月地})}^{2}}$
(3)已知r月地=60R,利用(1)(2)求$\frac{{a}_{月}}{g}$=$\frac{1}{3600}$
(4)已知r月地=3.8×108m,月球绕地球运行的周期T=27.3天,计算月球绕地球运行的向心加速度a月
(5)已知重力加速度g取9.8m/s2,利用(4)中算出的a月,求得$\frac{{a}_{月}}{g}$的值
(6)比较(3)(5),你能得出什么结论?

分析 (1)由重力等于万有引力,计算地面上物体的重力加速度
(2)地月引力提供月球向心力,求解月球的加速度
(3)已知r月地=60R,利用(1)(2)求$\frac{{a}_{月}}{g}$
(4)由向心加速度计算月球绕地球运行的向心加速度a月
(5)已知重力加速度g取9.8m/s2,利用(4)中算出的a月,求得$\frac{{a}_{月}}{g}$的值

解答 解:(1)由重力等于万有引力,计算地面上物体的重力加速度为:mg=$\frac{GMm}{{R}^{2}}=mg$,
得:g=$\frac{GM}{{R}^{2}}$
(2)地月引力提供月球向心力,求解月球的加速度:$\frac{GMm}{{(R{+r}_{月地})}^{2}}={ma}_{月}$,
得:${a}_{月}=\frac{GM}{{(R{+r}_{月地})}^{2}}$
(3)已知r月地=60R,则有:$\frac{{a}_{月}}{g}$=$\frac{{R}^{2}}{{(R{+r}_{月地})}^{2}}=\frac{1}{{61}^{2}}$≈$\frac{1}{3600}$
(4)由向心加速度计算月球绕地球运行的向心加速度为:
${a}_{月}{{=r}_{月地(\frac{2π}{T})}}^{2}$=3.8${×10}^{8}{×(\frac{2×3.14}{27.3×24×3600})}^{2}$=0.0027m/s2.
(5)已知重力加速度g取9.8m/s2,利用(4)中算出的a月,求得:$\frac{{a}_{月}}{g}$=$\frac{0.0027}{9.8}≈\frac{1}{3600}$
(6)比较(3)(5)结论可得,地面上物体的引力与地球吸引月球的力是同一种力,遵守同样的规律.
答:(1)地面上物体的重力加速度为$\frac{GM}{{R}^{2}}$
(2)月球的加速度${a}_{月}=\frac{GM}{{(R{+r}_{月地})}^{2}}$
(3)利用(1)(2)求$\frac{{a}_{月}}{g}$为$\frac{1}{3600}$
(4)月球绕地球运行的向心加速度为:0.0027m/s2.
(5)求得$\frac{{a}_{月}}{g}$的值为$\frac{1}{3600}$
(6)比较(3)(5)结论可得,地面上物体的重力与地球吸引月球的力是同一重力,遵守同样的规律.

点评 本题以牛顿的著名的月地检验为背景,比较简单,比较新颖.用到三种途径求解加速度:重力等于万有引力,重力加速度;地月引力提供月球向心力,求解月球的加速度;由向心加速度计算月球绕地球运行的向心加速度.

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