摘要:神奇的黑洞是近代引力理论所预言的一种特殊天体.探寻黑洞的方案之一是观测双星系统的运动规律.天文学家观测河外星系大麦哲伦云时.发现了LMCX-3双星系统.如图所示.它由可见星A和不可见的暗星B构成.两星视为质点.不考虑其他天体的影响.A.B围绕两者连线上的O点做匀速圆周运动.它们之间的距离保持不变.引力常量为G.由观测能够得到可见星 A的速率 v和运行周期 T. (1)可见星A所受暗星 B的引力 FA 可等效为位于 O点处质量为m′的星体对它的引力.设A和B的质量分别为 m1.m2.试求m′. (用m1.m2 表示) (2)求暗星B的质量m2 与可见星A的速率v.运行周期T和质量m1 之间的关系式. (3)恒星演化到末期.如果其质量大于太阳质量ms 的2倍.它将有可能成为黑洞.若可见星A的速率v=2.7×105 m/s.运行周期T=4.7π×104 s.质量m1=6ms.试通过估算来判断暗星B有可能是黑洞吗? (G=6.67×10-11 N·m2/kg2.ms=2.0×1030 kg)[2006年高考·天津理综卷] 解析:(1)设 A.B的圆轨道半径分别为 r1. r2 .由题意知.A.B做匀速圆周运动的角速度相同.设其为ω.由牛顿运动定律.有: FA=m1 ω2r1 FB=m2ω2r2 FA=FB 设A.B之间的距离为r.又r=r1+r2.由上述各式得: r=r1 由万有引力定律.有: FA=G 联立解得:FA=G 令FA=G 比较可得:m′=. (2)由牛顿第二定律.有: G=m1 可见星A的轨道半径r1= 将m′代入.可解得:=. (3)将m1=6ms代入上式.得: = 代入数据得:=3.5ms 设m2=nms(n>0).可得: =ms=3.5ms 可见.的值随n的增大而增大.试令n=2.得: ms=0.125ms<3.5ms 故n必大于2.即暗星B的质量m2必大于2ms.由此得出结论:暗星B有可能是黑洞. 答案:= (3)有可能

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