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神奇的黑洞是近代引力理论所预言的一种特殊天体,探寻黑洞的方案之一是观测双星系统的运动规律.天文学家观测河外星系大麦哲伦云时,发现了LMCX3 双星系统,它由可见星 A 和不可见的暗星 B 构成,两星视为质点,不考虑其他天体的影响.A、B 围绕两者连线上的 O 点做匀速圆周运动,它们之间的距离保持不变,如图1-5-11 所示.引力常量为 G,由观测能够得到可见星 A 的速度 v 和运行周期T.

图1-5-11

(1)可见星 A 所受暗星 B 的引力 Fa 可等效为位于 O 点处质量为 m'的星体(视为质点)对它的引力,设A和B的质量分别为m1、m2,试求m′(用 m1、m2 表示);

(2)求暗星 B 的质量 m2 与可见星 A 的速率 v、运行周期 T 和质量 m1 之间的关系式;

(3)恒星演化到末期,如果其质量大于太阳质量 ms 的2倍,它将有可能成为黑洞.若可见星 A 的速率 v=2.7×105 m/s,运行周期 T=4.7π×104 s,质量 m1=6ms,试通过估算来判断暗星 B 有可能是黑洞吗?

(G=6.67×10-11 N·m2/kg2,ms=2.0×1030 kg)

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如图1-5-10所示,质量为m的小球被系在轻绳的一端,以O为圆心在竖直平面内做半径为R的圆周运动.运动过程中,小球受到空气阻力的作用.设某时刻小球通过圆周的最低点A,此时绳子的张力为7mg,此后小球继续做圆周运动,经过半个圆周恰能通过最高点B.则在此过程中小球克服空气阻力所做的功是多少?

图1-5-10

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如图1-5-9所示,A是地球的同步卫星,另一卫星 B 的圆形轨道位于赤道平面内,离地面高度为 h.已知地球半径为 R,地球自转角速度为ω0,地球表面的重力加速度为g,O 为地球中心.

图1-5-9

(1)求卫星 B 的运行周期.

(2)如卫星 B 绕行方向与地球自转方向相同,某时刻A、B 两卫星相距最近(O、B、A在同一直线上),则至少经过多长时间,他们再一次相距最近?

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最近,科学家在望远镜中看到太阳系外某一恒星有一行星,并测得它围绕该恒星运行一周所用的时间为1 200年,它与该恒星的距离为地球到太阳距离的100倍.假定该行星绕恒星运行的轨道和地球绕太阳运行的轨道都是圆周,仅利用以上两个数据可以求出的量有(    )

A.恒星质量与太阳质量之比                  B.恒星密度与太阳密度之比

C.行星质量与地球质量之比                  D.行星运行速度与地球公转速度之比

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如图1-5-8所示,轻杆的一端有一个小球,另一端有光滑的固定轴O.现给球一初速度,使球和杆一起绕O轴在竖直面内转动.不计空气阻力,用F表示球到达最高点时杆对小球的作用力,则F(    )

图1-5-8

A.一定是拉力                          B.一定是推力

C.一定等于0                           D.可能是拉力,可能是推力,也可能等于0

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把火星和地球绕太阳运行的轨道视为圆周.由火星和地球绕太阳运动的周期之比可求得(    )

A.火星和地球的质量之比                    B.火星和太阳的质量之比

C.火星和地球到太阳的距离之比           D.火星和地球绕太阳运行速度大小之比

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我国将要发射一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥1号”.设该卫星的轨道是圆形的,且贴近月球表面.已知月球的质量约为地球质量的,月球的半径约为地球半径的,地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s,则该探月卫星绕月运行的速率约为(    )

A.0.4 km/s              B.1.8 km/s             C.11 km/s               D.36 km/s

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2005年10月12日9时0分我国自主研制的“神舟六号”载人飞船发射成功.在太空中,飞船共飞行115小时32分钟,绕地球77圈,行程约325万公里.下列论述正确的是(    )

A.飞船由火箭承载升空过程中,飞船中的宇航员处于超重状态

B.飞船返回舱打开减速伞下降的过程中,飞船中的宇航员处于失重状态

C.“神舟六号”飞船绕地球飞行速度比月球绕地球运行的速度要小

D.“神舟六号”飞船绕地球飞行周期比月球绕地球运行的周期要大

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如图1-5-7所示,质量为m的物块与转台之间能出现的最大静摩擦力为物块重力的k倍,它与转轴OO′相距R,物块随转台由静止开始转动,当转速增加到一定值时,物块即将在转台上滑动.在物块由静止到开始滑动前的这一过程中,转台对物块做的功为(    )

图1-5-7

A.kmgR           B.0             C.2πkmgR                  D.2kmgR

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宇宙中存在一些离其它恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统,通常可忽略其它星体对它们的引力作用.已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式:一种是三颗星位于同一直线上,两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行;另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上,并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行.设每个星体的质量均为m.

(1)试求第一种形式下,星体运动的线速度和周期.

(2)假设两种形式星体的运动周期相同,第二种形式下星体之间的距离应为多少?

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同步练习册答案