16.由三顆星體構(gòu)成的系統(tǒng),忽略其他星體的對(duì)它們的作用,存在著一種運(yùn)動(dòng)形式:三顆星體在相互之間的萬有引力作用下,分別位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上,繞某一共同的圓心O在三角形所在平面內(nèi)做相同角速度的勻速圓周運(yùn)動(dòng).如圖,三顆星體的質(zhì)量均為m,三角形的邊長(zhǎng)為a,萬有引力常量為G,下列說法正確的是(  )
A.每個(gè)星體受到向心力大小均為3$\frac{G{m}^{2}}{{a}^{2}}$
B.每個(gè)星體的角速度均為$\sqrt{\frac{3Gm}{{a}^{2}}}$
C.若a不變,m是原來的兩倍,則周期是原來的$\frac{1}{2}$
D.若m不變,a是原來的4倍,則線速度是原來的$\frac{1}{2}$

分析 先寫出任意兩個(gè)星星之間的萬有引力,求每一顆星星受到的合力,該合力提供它們的向心力.然后用R表達(dá)出它們的軌道半徑,最后寫出用周期和線速度表達(dá)的向心力的公式,整理即可的出結(jié)果.

解答 解:A、對(duì)任意一個(gè)星體,受力分析如圖,有:
${F}_{1}^{\;}=G\frac{{m}_{\;}^{2}}{{a}_{\;}^{2}}$,
${F}_{2}^{\;}=G\frac{{m}_{\;}^{2}}{{a}_{\;}^{2}}$,
進(jìn)行正交分解有:
${F}_{1x}^{\;}={F}_{1}^{\;}cos60°=\frac{1}{2}G\frac{{m}_{\;}^{2}}{{a}_{\;}^{2}}$
${F}_{1y}^{\;}={F}_{1}^{\;}sin60°=\frac{\sqrt{3}}{2}G\frac{{m}_{\;}^{2}}{{a}_{\;}^{2}}$
水平方向的合力為:${F}_{x}^{\;}={F}_{1x}^{\;}+{F}_{2}^{\;}=\frac{3}{2}G\frac{{m}_{\;}^{2}}{{a}_{\;}^{2}}$
每個(gè)星體受到的向心力為:$F=\sqrt{{F}_{x}^{2}+{F}_{1y}^{2}}=\sqrt{3}G\frac{{m}_{\;}^{2}}{{a}_{\;}^{2}}$,故A錯(cuò)誤;
B、每個(gè)星體繞中心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑$r=\frac{\sqrt{3}a}{2}×\frac{2}{3}=\frac{\sqrt{3}a}{3}$,根據(jù)萬有引力提供向心力有$\sqrt{3}G\frac{{m}_{\;}^{2}}{{a}_{\;}^{2}}=m{ω}_{\;}^{2}\frac{\sqrt{3}}{3}a$,解得:$ω=\sqrt{\frac{3Gm}{{a}_{\;}^{2}}}$,故B正確;
C、對(duì)每個(gè)星體,根據(jù)萬有引力提供向心力$\sqrt{3}G\frac{{m}_{\;}^{2}}{{a}_{\;}^{2}}=m\frac{4{π}_{\;}^{2}}{{T}_{\;}^{2}}\frac{\sqrt{3}a}{3}$,解得$T=2π\(zhòng)sqrt{\frac{{a}_{\;}^{2}}{3Gm}}$,若a不變,m是原來的兩倍,則周期是原來的$\frac{\sqrt{2}}{2}$,故C錯(cuò)誤;
D、對(duì)每個(gè)星體,根據(jù)萬有引力提供向心力$\sqrt{3}G\frac{{m}_{\;}^{2}}{{a}_{\;}^{2}}=m\frac{{v}_{\;}^{2}}{\frac{\sqrt{3}a}{3}}$,解得:$v=\sqrt{\frac{Gm}{a}}$,若m不變,a是原來的4倍,則線速度是原來的$\frac{1}{2}$,故D正確;
故選:BD

點(diǎn)評(píng) 解決該題首先要理解模型所提供的情景,然后能夠列出合力提供向心力的公式,才能正確解答題目.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

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8.在地面附近一個(gè)質(zhì)量為2kg的物體,從參考平面上方3m處下落到參考平面以下7m處,在此過程中重力勢(shì)能的最大值為60J,最小值為-140J,重力勢(shì)能變化為-200J.

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

9.汽車正在以12m/s的速度在平直的公路上前進(jìn),在它的正前方15m處有一障礙物,汽車立即剎車做勻減速運(yùn)動(dòng),加速度大小為6m/s2,剎車后3s末汽車和障礙物之間的距離為(  )
A.3 mB.6 mC.12 mD.9 m

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

4.如圖所示,是一種電子擴(kuò)束裝置的原理示意圖.直角坐標(biāo)系原點(diǎn)O處有一電子發(fā)射裝置,可以不斷朝xOy平面內(nèi)x≥0區(qū)域任意方向發(fā)射電子,電子的速率均為v0,已知電子的電荷量為e、質(zhì)量為m.在0≤x≤d的區(qū)域內(nèi)分布著沿x軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng),場(chǎng)強(qiáng)大小E=$\frac{3m{{v}_{0}}^{2}}{2ed}$,在x>d區(qū)域內(nèi)分布著足夠大且垂直于xOy平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=$\frac{4m{v}_{0}}{ed}$,ab為一塊很大的平面感光板,在磁場(chǎng)內(nèi)平行于y軸放置,電子打到板上后會(huì)在板上形成一條亮線.不計(jì)電子的重力和電子之間的相互作用.求:
(1)電子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度v的大。
(2)當(dāng)感光板沿x軸方向移到某一位置時(shí)恰好沒有電子打到板上,求板ab到y(tǒng)軸的距離x1
(3)保持(2)中感光板位置不動(dòng),改變磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,使所有電子都能打到感光板上,試計(jì)算此時(shí)最小的磁感應(yīng)強(qiáng)度B′的大。

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

11.下列說法正確的是(  )
A.方程式${\;}_{92}^{238}$U→${\;}_{90}^{234}$Th+${\;}_{2}^{4}$He是重核裂變反應(yīng)方程
B.β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子時(shí)所產(chǎn)生的
C.核力是短程力,與核子間的距離有關(guān),有時(shí)表現(xiàn)為引力,有時(shí)表現(xiàn)為斥力
D.原子核所含核子單獨(dú)存在時(shí)的總質(zhì)量等于該原子核的質(zhì)量

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

1.我國(guó)“嫦娥三號(hào)”探月衛(wèi)星已成功發(fā)射,設(shè)衛(wèi)星距月球表面的高度為h,做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T,已知月球半徑為R,引力常量為G,求:
(1)月球表面的重力加速度g
(2)月球的第一宇宙速度v.

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科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

8.用如下的器材和方法可以驗(yàn)證“力的平行四邊形定則“.在圓形桌子透明桌面上平鋪一張白紙,在桌子邊緣安裝三個(gè)光滑的滑輪,其中,滑輪P1固定在桌子邊,滑輪P2、P3可沿桌邊移動(dòng).第一次實(shí)驗(yàn)中,步驟如下:
A.在三根輕繩下掛上一定數(shù)量的鉤碼,并使結(jié)點(diǎn)O靜止;
B.在白紙上描下O點(diǎn)的位置和三根繩子的方向,以O(shè)點(diǎn)為起點(diǎn),作出三拉力的圖示;
C.以繞過P2、P3繩的兩個(gè)力為鄰邊作平行四邊形,作出O點(diǎn)為起點(diǎn)的平行四邊形的對(duì)角線,量出對(duì)角線的長(zhǎng)度;
D.檢驗(yàn)對(duì)角線的長(zhǎng)度和繞過P1繩拉力的圖示的長(zhǎng)度是否一樣,方向是否在一條直線上.
(1)這次實(shí)驗(yàn)中,若一根繩掛的質(zhì)量為m,另一根繩掛的質(zhì)量為2m,則第三根繩掛的質(zhì)量一定大于m且小于3m.
(2)第二次實(shí)驗(yàn)時(shí),改變滑輪P2、P3的位置和相應(yīng)繩上鉤碼的數(shù)量,使結(jié)點(diǎn)平衡,繩的結(jié)點(diǎn)不必(填“必須”或“不必”)與第一次實(shí)驗(yàn)中白紙上描下的O點(diǎn)重合.實(shí)驗(yàn)中,若桌面不水平不會(huì)(填“會(huì)”或“不會(huì)”)影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)論.

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

5.甲、乙兩輛汽車,在同一車道上同向行駛,甲車在前,其速度v=10m/s,乙車在后,速度v=30m/s,因大霧天氣能見度低,乙車在距甲車x0=85m時(shí)才發(fā)現(xiàn)前方有甲車,乙車立即制動(dòng),但乙車要經(jīng)過180m才能停下來.求:
(1)乙車制動(dòng)過程的加速度大小;
(2)通過計(jì)算判斷乙車能否避免和甲車相撞.

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

6.如圖所示,A、B的質(zhì)量分別為m,2m,疊放在輕質(zhì)彈簧上(彈簧下端固定于地面上),對(duì)A施加一豎直向下、大小為F(F>3mg)的力,將彈簧再壓縮一段距離(始終在彈性限度內(nèi))而處于平衡狀態(tài),現(xiàn)突然撤去F,設(shè)兩物體向上運(yùn)動(dòng)的過程中A、B間相互作用力大小為FN,則關(guān)于FN的說法中正確的是(重力加速度為g)( 。
A.剛撤去外力F時(shí),F(xiàn)N=$\frac{F+mg}{3}$B.彈簧彈力等于F時(shí),F(xiàn)N=$\frac{F}{3}$
C.當(dāng)兩物體速度最大時(shí),F(xiàn)N=mgD.當(dāng)彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí),F(xiàn)N=0

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