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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?kù)o的時(shí)間思考了“是什么力量使得行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn),蘋果為什么會(huì)落到地上而不是天上”等問題,在此基礎(chǔ)上他提出了萬(wàn)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(yáng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化成勻速圓周運(yùn)動(dòng),應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和開普勒第三定律(
r
3
T
2
=k,其中r為行星中心到太陽(yáng)中心間的距離,T為行星運(yùn)動(dòng)的周期,k為常數(shù))等,推導(dǎo)行星和太陽(yáng)之間的引力滿足F=G
m
M
r
2
,其中m為行星的質(zhì)量,M為太陽(yáng)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(dòng)定律,因此它只適用于行星與太陽(yáng)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(cè)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(dòng)的力與使得蘋果下落的力真是同一種力,請(qǐng)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(cè)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(duì)論的知識(shí),但早在相對(duì)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(huì)具有勢(shì)能,稱之為引力勢(shì)能,其大小為Ep=-G
m
1
m
2
r
(規(guī)定無窮遠(yuǎn)處勢(shì)能為零)。假定黑洞為一個(gè)質(zhì)量分布均勻的球形天體,請(qǐng)你利用以上信息,推測(cè)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?

【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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發(fā)布:2024/4/20 14:35:0組卷:225引用:2難度:0.3
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    發(fā)布:2024/8/28 1:0:8組卷:53引用:1難度:0.5
  • 菁優(yōu)網(wǎng)2.2019年4月10日晚9時(shí)許,全球多地天文學(xué)家同步公布如圖所示的首張黑洞照片,黑洞是一種密度極大的天體,從黑洞發(fā)出的光子都無法掙脫引力而射出。若某“黑洞”的半徑約為135km,逃逸速度可近似認(rèn)為是真空中的光速。已知萬(wàn)有引力常量G=6.67×10-11N?m2/kg2,真空中光速c=3×108m/s,地球的質(zhì)量大約為6.0×1024kg,理論分析表明,天體的第二宇宙速度(逃逸速度)是其第一宇宙速度的
    2
    倍,這個(gè)關(guān)系對(duì)于天體普遍適用。根據(jù)以上數(shù)據(jù),估算此“黑洞”質(zhì)量約為地球質(zhì)量的多少倍( ?。?/h2>

    發(fā)布:2024/8/27 3:0:8組卷:64引用:3難度:0.6
  • 3.英國(guó)《自然?天文學(xué)》雜志發(fā)表的一篇論文稱,某科學(xué)家在銀河系中心附近的一團(tuán)分子氣體云中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)黑洞??茖W(xué)研究表明,當(dāng)天體的逃逸速度(逃逸速度為第一宇宙速度的
    2
    倍)超過光速時(shí),該天體就是黑洞。已知某天體與地球的質(zhì)量之比為k,地球的半徑為R,地球衛(wèi)星的環(huán)繞速度(第一宇宙速度)為v1,光速為c,則要使該天體成為黑洞,其半徑應(yīng)小于( ?。?/h2>

    發(fā)布:2024/7/7 8:0:9組卷:35引用:1難度:0.6
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