19.宇宙中兩個相距較近的星球可以看成雙星,它們只在相互間的萬有引力作用下,繞兩球心連線上的某一固定點(diǎn)做周期相同的勻速圓周運(yùn)動.根據(jù)宇宙大爆炸理論,雙星間的距離在不斷緩慢增加,設(shè)雙星仍做勻速圓周運(yùn)動,則下列說法正確的是( 。
A.雙星做圓周運(yùn)動的動能均減小B.雙星做圓周運(yùn)動的半徑均增大
C.雙星相互間的萬有引力變大D.雙星做圓周運(yùn)動的周期均增大

分析 雙星做勻速圓周運(yùn)動具有相同的角速度,靠相互間的萬有引力提供向心力,應(yīng)用萬有引力定律與牛頓第二定律求出雙星的軌道半徑關(guān)系,從而確定出雙星的半徑如何變化,以及得出雙星的角速度和周期的變化.

解答 解:根據(jù)萬有引力提供向心力,雙星做勻速圓周運(yùn)動具有相同的角速度和周期,$G\frac{{m}_{1}^{\;}{m}_{2}^{\;}}{{L}_{\;}^{2}}={m}_{1}^{\;}\frac{4{π}_{\;}^{2}}{{T}_{\;}^{2}}{r}_{1}^{\;}={m}_{2}^{\;}\frac{4{π}_{\;}^{2}}{{T}_{\;}^{2}}{r}_{2}^{\;}$,得${m}_{1}^{\;}{r}_{1}^{\;}={m}_{2}^{\;}{r}_{2}^{\;}$,且${r}_{1}^{\;}+{r}_{2}^{\;}=L$,得${r}_{1}^{\;}=\frac{{m}_{2}^{\;}}{{m}_{1}^{\;}+{m}_{2}^{\;}}L$,${r}_{2}^{\;}=\frac{{m}_{1}^{\;}}{{m}_{1}^{\;}+{m}_{2}^{\;}}L$
A、根據(jù)萬有引力提供向心力,$G\frac{{m}_{1}^{\;}{m}_{2}^{\;}}{{L}_{\;}^{2}}={m}_{1}^{\;}\frac{{v}_{1}^{2}}{{r}_{1}^{\;}}$,即${E}_{k1}^{\;}=\frac{1}{2}{m}_{1}^{\;}{v}_{1}^{2}=G\frac{{m}_{1}^{\;}{m}_{2}^{\;}{r}_{1}^{\;}}{2{L}_{\;}^{2}}$=$G\frac{{m}_{1}^{\;}{m}_{2}^{2}}{2L({m}_{1}^{\;}+{m}_{2}^{\;})}$,
同理$G\frac{{m}_{1}^{\;}{m}_{2}^{\;}}{{L}_{\;}^{2}}={m}_{2}^{\;}\frac{{v}_{2}^{2}}{{r}_{2}^{\;}}$,即${E}_{k2}^{\;}=\frac{1}{2}{m}_{2}^{\;}{v}_{2}^{2}=G\frac{{m}_{1}^{\;}{m}_{2}^{\;}{r}_{2}^{\;}}{2{L}_{\;}^{2}}$=$G\frac{{m}_{1}^{2}{m}_{2}^{\;}}{2L({m}_{1}^{\;}+{m}_{2}^{\;})}$,因?yàn)殡p星距離增大知雙星做圓周運(yùn)動的動能均減小,故A正確
B、根據(jù)萬有引力提供向心力,$G\frac{{m}_{1}^{\;}{m}_{2}^{\;}}{{L}_{\;}^{2}}={m}_{1}^{\;}\frac{4{π}_{\;}^{2}}{{T}_{\;}^{2}}{r}_{1}^{\;}={m}_{2}^{\;}\frac{4{π}_{\;}^{2}}{{T}_{\;}^{2}}{r}_{2}^{\;}$,得${m}_{1}^{\;}{r}_{1}^{\;}={m}_{2}^{\;}{r}_{2}^{\;}$,且${r}_{1}^{\;}+{r}_{2}^{\;}=L$,得${r}_{1}^{\;}=\frac{{m}_{2}^{\;}}{{m}_{1}^{\;}+{m}_{2}^{\;}}L$,${r}_{2}^{\;}=\frac{{m}_{1}^{\;}}{{m}_{1}^{\;}+{m}_{2}^{\;}}L$,由題意知雙星間距離增加,雙星做圓周運(yùn)動的半徑均增大,故B正確;
C、雙星間的距離在緩慢增大,根據(jù)萬有引力定律$F=G\frac{{m}_{1}^{\;}{m}_{2}^{\;}}{{r}_{\;}^{2}}$,知萬有引力減小,故C錯誤;
D、根據(jù)$G\frac{{m}_{1}^{\;}{m}_{2}^{\;}}{{L}_{\;}^{2}}={m}_{1}^{\;}\frac{4{π}_{\;}^{2}}{{T}_{\;}^{2}}{r}_{1}^{\;}={m}_{2}^{\;}\frac{4{π}_{\;}^{2}}{{T}_{\;}^{2}}{r}_{2}^{\;}$,得${m}_{1}^{\;}=\frac{4{π}_{\;}^{2}{r}_{2}^{\;}{L}_{\;}^{2}}{G{T}_{\;}^{2}}$,${m}_{2}^{\;}=\frac{4{π}_{\;}^{2}{r}_{1}^{\;}{L}_{\;}^{2}}{G{T}_{\;}^{2}}$,${m}_{1}^{\;}+{m}_{2}^{\;}=\frac{4{π}_{\;}^{2}{L}_{\;}^{3}}{G{T}_{\;}^{2}}$,得$T=\sqrt{\frac{4{π}_{\;}^{2}{L}_{\;}^{3}}{G({m}_{1}^{\;}+{m}_{2}^{\;})}}$,因?yàn)殡p星間距離增大,雙星做圓周運(yùn)動的周期均增大,故D正確;
故選:ABD

點(diǎn)評 解決本題的關(guān)鍵知道雙星靠相互間的萬有引力提供向心力,應(yīng)用萬有引力定律與牛頓第二定律即可正確解題,知道雙星的軌道半徑比等于質(zhì)量之反比

練習(xí)冊系列答案
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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

9.如圖所示,勁度系數(shù)為k的輕彈簧的一端固定在墻上,另一端與置于水平面上質(zhì)量為m的物體接觸(未連接),彈簧水平且無形變.用水平力F緩慢推動物體,在彈性限度內(nèi)彈簧長度被壓縮了x0,此時物體靜止.撤去F后,物體開始向左運(yùn)動,運(yùn)動的最大距離為4x0.物體與水平面間的動摩擦因數(shù)為 μ,重力加速度為g.求:
(1)撤去F后,物體剛運(yùn)動時的加速度大小
(2)物體開始向左運(yùn)動到速度最大的過程中克服摩擦力做的功
(3)若勁度系數(shù)K未知,彈簧最大的彈性勢能為多少?

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10.在“研究平拋物體的運(yùn)動”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)在平拋運(yùn)動軌跡上選取A、B兩點(diǎn),現(xiàn)測得A點(diǎn)的速度方向與水平方向的夾角為30°,B點(diǎn)的速度方向與水平方向的夾角為60°.從拋出點(diǎn)分別到A、B點(diǎn)的水平位移之比為1:3;從拋出點(diǎn)分別到A、B點(diǎn)的豎直位移之比為1:9.

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

7.如圖所示,光滑水平平臺上有一個質(zhì)量為m的物塊,站在地面上的人用跨過定滑輪的繩子向右拉動物塊,不計繩和滑輪的質(zhì)量及滑輪的摩擦,且平臺邊緣離人手作用點(diǎn)豎直高度始終為h.當(dāng)人以速度v從平臺的邊緣處向右勻速前進(jìn)位移x時,則( 。
A.在該過程中,物塊的運(yùn)動是加速的
B.在該過程中,人對物塊做的功為$\frac{{m{v^2}{x^2}}}{{2({h^2}+{x^2})}}$
C.在該過程中,人對物塊做的功為$\frac{1}{2}m{v^2}$
D.人前進(jìn)x時,物塊的運(yùn)動速率為$\frac{vx}{{\sqrt{{x^2}+{h^2}}}}$

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

14.地球的半徑為R,地球表面處的重力加速度為g,一顆人造衛(wèi)星圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動,衛(wèi)星距地面的高度為R,下列關(guān)于衛(wèi)星的說法中正確的是(  )
A.衛(wèi)星的速度大小為$\frac{{\sqrt{2gR}}}{2}$B.衛(wèi)星的角速度大小$\sqrt{\frac{g}{8R}}$
C.衛(wèi)星的加速度大小為 $\frac{g}{2}$D.衛(wèi)星的運(yùn)動周期為2π$\sqrt{\frac{2R}{g}}$

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

4.在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中,以下哪些措施能減小實(shí)驗(yàn)誤差(  )
A.兩條細(xì)繩必須等長
B.彈簧測力計、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平面平行
C.拉橡皮條的細(xì)繩要稍長一些,標(biāo)記同一條細(xì)繩的方向時兩標(biāo)記點(diǎn)要適當(dāng)遠(yuǎn)一些
D.實(shí)驗(yàn)前先把實(shí)驗(yàn)所用的兩只彈簧測力計的掛鉤相互鉤住平放在桌面上,向相反方向拉動,檢查讀數(shù)是否相同,若不同,則進(jìn)行調(diào)節(jié)使之相同

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科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

11.(1)在做“探究合力與分力關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時,橡皮條的一端固定在木板上,用兩個彈簧秤把橡皮條的另一端拉到某一確定的O點(diǎn),則下列說法中正確的是AB 
A、兩次實(shí)驗(yàn)中,O點(diǎn)位置必須相同.
B、實(shí)驗(yàn)中,橡皮條、細(xì)繩和彈簧秤應(yīng)與木板保持平行.
C、實(shí)驗(yàn)中,把橡皮條的另一端拉到O點(diǎn)時,兩個彈簧秤之間的夾角必須取90°.
D、實(shí)驗(yàn)中,要始終將其中一個彈簧秤沿某一方向拉到最大量程,然后調(diào)節(jié)另一彈簧秤拉力的大小和方向,把橡皮條另一端拉到O點(diǎn).
(2)如圖所示,是甲、乙兩位同學(xué)在做本實(shí)驗(yàn)時得到的結(jié)果,其中F是用作圖法得到的合力,F(xiàn)′是通過實(shí)驗(yàn)測得的合力,則哪個實(shí)驗(yàn)結(jié)果是符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的?甲(填“甲”或“乙”)
(3)在實(shí)驗(yàn)中,如果將細(xì)繩換成橡皮筋,那么實(shí)驗(yàn)結(jié)果將不變.(選填“變”或“不變”)

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

8.如圖甲所示,直線AB是某電場中的一條電場線,一電子僅在電場力作用下由電場線上A點(diǎn)沿直線運(yùn)動到B點(diǎn),其速度平方v2與位移x的關(guān)系如圖乙所示,EA、EB表示A、B兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度,φA、φB表示A、B兩點(diǎn)的電勢.以下判斷正確的是( 。
A.EA<EBB.EA>EBC.φA>φBD.φA<φB

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

9.如圖所示,一輕繩跨過光滑的小定滑輪,一端與在傾角為37°的光滑斜面上的小物體m1連接,另一端與套在光滑豎直桿上的小物體m2連接,滑輪到豎直桿的距離為1.2m.現(xiàn)在讓物體m2從與滑輪等高的A點(diǎn)由靜止釋放,設(shè)斜面和桿足夠長,m1不會碰到滑輪,m2不會碰到地面,g取10m/s2
(1)若m2=0.36m1,當(dāng)m2下滑到距A點(diǎn)0.9m的B點(diǎn)時,求此時兩物體的速度大;
(2)若m2下滑到距A點(diǎn)1.6m的C點(diǎn)時,其速度剛好為0,求兩物體m1、m2的質(zhì)量之比.

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