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1、第16點 計算天體質(zhì)量的兩條思路
1.根據(jù)重力加速度求天體質(zhì)量
忽略天體自轉(zhuǎn)的影響,物體的重力近似等于物體所受的萬有引力,即mg=G,得M=.(式中M、g、R分別表示天體的質(zhì)量、天體表面的重力加速度和天體的半徑).
2.根據(jù)天體的圓周運動求中心天體的質(zhì)量
選繞天體運動的另一星體(或人造星體)為研究對象.
將星體的運動視為勻速圓周運動,星體繞天體做勻速圓周運動所需的向心力由天體對星體的萬有引力提供,利用牛頓第二定律得
G=m=mrω2=mr
若已知星體的軌道半徑r和星體的運行線速度v、角速度ω或周期T,可求得中心天體的質(zhì)量為M===
對點例題 已知太陽光從太陽射到地球需
2、500 s,光的傳播速度為3×108 m/s,地球公轉(zhuǎn)軌道可近似看成圓軌道,一年有365天,地球半徑約為6.4×106 m,地球表面重力加速度g取10 m/s2,試估算太陽質(zhì)量M與地球質(zhì)量m之比為多少?(取一位有效數(shù)字)
解題指導(dǎo) 設(shè)日地距離為r,則r=ct=3×108×500 m=1.5×1011 m.
設(shè)地球公轉(zhuǎn)周期為T,則T=365×24×60×60 s≈3.15×107 s.
太陽對地球的引力提供地球公轉(zhuǎn)所需的向心力:
=m2r.
已知地球半徑R=6.4×106 m.設(shè)地球表面上物體的質(zhì)量為m′,忽略地球的自轉(zhuǎn),則:m′g=,兩式聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)得:=≈3×105.
答案 3×105
宇航員在某星球表面的某一高度處,沿水平方向拋出一小球,經(jīng)過時間t落到星球表面,測出拋出點與落地點距離為L,若拋出的初速度變?yōu)樵瓉淼?倍,測出拋出點與落地點間距離為L,已知兩落地點在同一平面,該星球半徑為R,引力常量為G,求星球質(zhì)量.
答案精析
第16點 計算天體質(zhì)量的兩條思路
精練
解析 設(shè)星球的質(zhì)量為M,物體平拋的高度為h,平拋的初速度為v0.根據(jù)位移關(guān)系:
L2=(v0t)2+h2
( L)2=(2v0t)2+h2
根據(jù)運動學(xué)公式:h=gt2
根據(jù)牛頓第二定律有:
=mg
代入數(shù)據(jù)解得
M=.