1665年,就讀于劍橋大學(xué)的牛頓回到鄉(xiāng)下躲避鼠疫,他利用這個(gè)寧靜的時(shí)間思考了“是什么力量使得行星圍繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn),蘋果為什么會落到地上而不是天上”等問題,在此基礎(chǔ)上他提出了萬有引力定律,為經(jīng)典力學(xué)體系的建立打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
(1)將行星繞太陽的運(yùn)動簡化成勻速圓周運(yùn)動,應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律和開普勒第三定律(r3T2=k,其中r為行星中心到太陽中心間的距離,T為行星運(yùn)動的周期,k為常數(shù))等,推導(dǎo)行星和太陽之間的引力滿足F=GmMr2,其中m為行星的質(zhì)量,M為太陽的質(zhì)量,G是比例常數(shù);
(2)上面(1)的推導(dǎo)是源于開普勒行星運(yùn)動定律,因此它只適用于行星與太陽之間的力,牛頓在此基礎(chǔ)上又向前走了一大步,提出了任何兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間都存在引力,且都滿足(1)中的表達(dá)式。在牛頓時(shí)代已經(jīng)能比較精確地測定:月球軌道半徑r、月球公轉(zhuǎn)周期T、地球半徑R、地球表面的重力加速度g。若維持月球繞地球運(yùn)動的力與使得蘋果下落的力真是同一種力,請求出上述4個(gè)量應(yīng)滿足的關(guān)系;
(3)2019年4月10日人類公布了拍攝到的首張黑洞的照片。黑洞密度極大,質(zhì)量極大,半徑很小,以最快速度傳播的光(光在真空中的速度大小為c)都不能逃離它的引力,因此我們無法通過光學(xué)觀測直接確定黑洞的存在。嚴(yán)格解決黑洞問題需要利用廣義相對論的知識,但早在相對論提出之前就有人利用經(jīng)典力學(xué)體系預(yù)言過黑洞的存在。我們知道,在經(jīng)典力學(xué)體系中,當(dāng)兩個(gè)質(zhì)量分別為m1、m2的質(zhì)點(diǎn)相距為r時(shí)也會具有勢能,稱之為引力勢能,其大小為Ep=-Gm1m2r(規(guī)定無窮遠(yuǎn)處勢能為零)。假定黑洞為一個(gè)質(zhì)量分布均勻的球形天體,請你利用以上信息,推測質(zhì)量為M′的黑洞,之所以能夠成為“黑”洞,其半徑R最大不能超過多少?
r
3
T
2
m
M
r
2
m
1
m
2
r
【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
【點(diǎn)評】
聲明:本試題解析著作權(quán)屬菁優(yōu)網(wǎng)所有,未經(jīng)書面同意,不得復(fù)制發(fā)布。
發(fā)布:2024/4/20 14:35:0組卷:228引用:2難度:0.3
相似題
-
1.1997年8月26日在日本舉行的國際天文學(xué)會上,德國MaxPlanck學(xué)會的一個(gè)研究組宣布了他們的研究成果:銀河系的中心可能存在一個(gè)在黑洞.他們的根據(jù)是用口徑為3.5m的天文望遠(yuǎn)鏡對獵戶座中位于銀河系中心附近的星體進(jìn)行近六年的觀測所得到的數(shù)據(jù),他們發(fā)現(xiàn),距離銀河系中心約60億公里的星體正以2000km/s的速度圍繞銀河系中心旋轉(zhuǎn).根據(jù)上面的數(shù)據(jù),試在經(jīng)典力學(xué)的范圍內(nèi)(見提示2),通過計(jì)算確認(rèn),如果銀河系中心確實(shí)存在黑洞的話,其最大半徑是多少.(引力常數(shù)G=6.67×10-20km3?kg-1?s-2)
提示:
(1)黑洞是一種密度極大的天體,其表面的引力是如此之強(qiáng),以至于包括光在內(nèi)的所有物質(zhì)都不了其引力作用.
(2)計(jì)算中可以采用拉普拉斯經(jīng)典黑洞模型,在這種模型中,在黑洞表面上的所有物質(zhì),即使初速度等于光速c也逃脫不了其引力的作用.發(fā)布:2024/12/30 1:30:2組卷:54引用:3難度:0.5 -
2.中子星是恒星演變到最后的一種存在形式.
(1)有一密度均勻的星球,以角速度ω繞自身的幾何對稱軸旋轉(zhuǎn).若維持其表面物質(zhì)不因快速旋轉(zhuǎn)而被甩掉的力只有萬有引力,那么該星球的密度至少要多大?
(2)蟹狀星云中有一顆中子星,它每秒轉(zhuǎn)30周,以此數(shù)據(jù)估算這顆中子星的最小密度.
(3)若此中子星的質(zhì)量約為太陽的質(zhì)量(2×1030kg),試問它的最大可能半徑是多大?發(fā)布:2024/12/30 1:30:2組卷:86引用:2難度:0.1 -
3.2019年4月10日21時(shí),人類首張黑洞照片在全球六地的視界面望遠(yuǎn)鏡發(fā)布會上同步發(fā)布。該黑洞半徑為R,質(zhì)量M和半徑R的關(guān)系滿足:
=MR,(其中c為光速G為引力常量)。若天文學(xué)家觀測到距黑洞中心距離為r的天體以速度v繞該黑洞做勻速圓周運(yùn)動,則( ?。?/h2>c22G發(fā)布:2024/12/30 2:0:2組卷:19引用:3難度:0.7
相關(guān)試卷