格物学 力学万有引力定律的常见应用

双星或多星系统问题-万有引力定律的常见应用知识点回顾进阶自测题答案-新疆维吾尔自治区等高中物理,平均正确率38.0%

2025-07-29
双星或多星系统问题-万有引力定律的常见应用知识点回顾进阶自测题答案-新疆维吾尔自治区等高中物理,平均正确率38.0%
1、['双星或多星系统问题']

正确率19.999999999999996%svg异常

D

A.恒星$${{C}}$$的角速度大小为$$\frac{2 \pi} {T} \sqrt{\frac{M} {m}}$$

B.恒星$${{C}}$$的轨道半径大小为$$\frac{M L \Delta\theta} {m}$$

C.恒星$${{C}}$$的线速度大小为$$\frac{\pi M L \Delta\theta} {2 m T}$$

D.两颗恒星的质量$${{m}}$$和$${{M}}$$满足关系式$$\frac{m^{3}} {( m+M )^{2}}=\frac{\pi^{2} ( L \Delta\theta)^{3}} {2 G T^{2}}$$

2、['万有引力定律的常见应用', '双星或多星系统问题', '向心力', '开普勒行星运动定律']

正确率40.0%svg异常

A.由开普勒第一定律可知,行星与太阳间的距离是不断变化的

B.通过月一地检验不能证明万有引力是普遍存在的

C.一根竹竿沿着竹竿长度的方向高速运动时,在地面上的观察者会看到竹竿的长度伸长

D.如图所示是由$${{P}}$$、$${{Q}}$$两颗星球组成的双星系统,它们绕着$${{O}}$$点做匀速圆周运动,$${{P}}$$的轨道半径大于$${{Q}}$$的轨道半径,忽略其他天体对两颗星球的影响,则$${{P}}$$的质量小于$${{Q}}$$的质量

3、['双星或多星系统问题']

正确率40.0%svg异常

D

A.$$\sqrt{\frac{2 7 G m T^{2}} {4 \pi^{2}}}$$

B.$$\sqrt{\frac{G m T^{2}} {1 0 8 \pi^{2}}}$$

C.$$\sqrt{\frac{9 G m T^{2}} {3 2 \pi^{2}}}$$

D.$$\sqrt{\frac{2 G m T^{2}} {9 \pi^{2}}}$$

4、['双星或多星系统问题']

正确率19.999999999999996%由颗星体构成的系统,叫做三星系统.有这样一种简单的三星系统;质量刚好都相同的三个星体$$a, ~ b, ~ c$$在三者相互之间的万有引力作用下,分别位于等边三角形的三个顶点上,绕某一共同的圆心$${{O}}$$在三角形所在的平面内做相同周期的圆周运动,若三个星体的质量均为$${{m}}$$,三角形的边长为$${{a}}$$,万有引力常量为$${{G}}$$,则下列说法正确的是(

B

A.三个星体做圆周运动的半径为$${{a}}$$

B.三个星体做圆周运动的周期均为$$2 \pi a \sqrt{\frac{a} {3 G m}}$$

C.三星体做圆周运动的线速度大小均为$$\sqrt{\frac{3 G m} {a}}$$

D.三个星体做圆周运动的向心加速度大小均为$$\frac{3 G m} {a^{2}}$$

5、['万有引力定律的其他应用', '双星或多星系统问题']

正确率40.0%宇宙中存在一些离其他星系较远的由三颗星组成的三星系统,通常可以忽略其他星系对它的作用,现已观察到的稳定的三星系统存在形式之一是:三颗星在同一条直线上,两颗环绕星围绕中央星在同一半径为$${{R}}$$的圆轨道上运行,设两颗环绕星的质量均为$${{2}{M}}$$,中央星的质量为$${{M}}$$,则下列说法中正确的是$${{(}{)}}$$

B

A.环绕星运动的线速度的大小为$$v=\sqrt{\frac{2 G M} {R}}$$

B.环绕星运动的周期为$$T=2 \pi R \sqrt{\frac{2 R} {3 G M}}$$

C.环绕星运动的线速度的大小为$$v=\sqrt{\frac{3 G M} {R}}$$

D.环绕星运动的周期为$$T=4 \pi R \sqrt{\frac{R} {2 G M}}$$

6、['万有引力定律的其他应用', '双星或多星系统问题', '向心力', '牛顿第二定律的简单应用']

正确率40.0%svg异常

C

A.$$1 0^{-1} s$$

B.$$1 0^{-2} \, s$$

C.$$1 0^{-3} \, s$$

D.$$1 0^{-4} \, s$$

7、['天体质量和密度的计算', '双星或多星系统问题', '超重与失重问题']

正确率60.0%下列说法正确的是$${{(}{)}}$$

D

A.双星系统的周期与系统的总质量成反比

B.地球的平均密度与近地卫星的周期成反比

C.宇宙飞船内的物体处于完全失重状态,不受重力作用

D.火箭点火后加速升空时处于超重状态

8、['万有引力定律的简单计算', '双星或多星系统问题', '向心力', '牛顿第二定律的简单应用']

正确率40.0%svg异常

C

A.$${{P}{、}{Q}}$$运动的轨道半径之比为$${{m}_{1}{∶}{{m}_{2}}}$$

B.$${{P}{、}{Q}}$$运动的角速度比为$${{m}_{2}{∶}{{m}_{1}}}$$

C.$${{Q}}$$运动的周期均为$$\frac{\sqrt2} {2} T$$

D.$${{P}}$$运动的速率与$${{M}}$$的相等

9、['天体质量和密度的计算', '万有引力定律的其他应用', '双星或多星系统问题', '万有引力定律的发现、内容及适用范围', '向心力']

正确率40.0%天文学家经过长期观测,在宇宙中发现了许多$${{“}}$$双星$${{”}}$$系统,这些$${{“}}$$双星$${{”}}$$系统一般与其他星体距离很远,受到其他天体引力的影响可以忽略不计。根据对一$${{“}}$$双星$${{”}}$$系统的光学测量确定,此双星系统中两个星体的质量均为$${{m}}$$,而绕系统中心转动的实际周期是理论计算的周期的$${{k}}$$倍$$[ k < 1 )$$,究其原因,科学家推测,在以两星球球心连线为直径的球体空间中可能均匀分布着暗物质。若此暗物质确实存在,其质量应为(

A

A.$$\frac{m} {4} ( \frac{1} {k^{2}}-1 )$$

B.$$\frac{m} {4} ( \frac{4} {k^{2}}-1 )$$

C.$$\frac{m} {4} ( \frac{1} {k^{2}}-4 )$$

D.$$\frac{m} {4} ( \frac{1} {4 k^{2}}-1 )$$

10、['双星或多星系统问题']

正确率40.0%svg异常

B

A.三颗星的质量可能不相等

B.三颗星的质量均为$${\frac{4 \pi^{2} l^{3}} {3 G T^{2}}}$$

C.三颗星的线速度大小均为$$\frac{2 \sqrt{3} \mathrm{r} \pi\mathrm{l}} {T}$$

D.任意两颗星间的万有引力大小为$$\frac{1 6 \pi^{4} l^{4}} {9 G T^{2}}$$

1. 解析:

题目描述的是一个双星系统,其中恒星$$C$$的质量为$$M$$,另一颗恒星的质量为$$m$$,轨道周期为$$T$$,角距离为$$\Delta\theta$$,距离为$$L$$。

选项分析:

A. 角速度公式为$$\omega = \frac{2\pi}{T}$$,但$$\sqrt{\frac{M}{m}}$$是多余的,因此错误。

B. 双星系统中,轨道半径与质量成反比,因此$$r_C = \frac{m}{m+M}L$$,但题目给出的是$$\frac{M L \Delta\theta}{m}$$,与公式不符,错误。

C. 线速度公式为$$v = \omega r$$,代入$$r = \frac{m}{m+M}L$$和$$\omega = \frac{2\pi}{T}$$,但题目给出的是$$\frac{\pi M L \Delta\theta}{2 m T}$$,错误。

D. 根据双星系统的动力学关系,$$\frac{G m M}{L^2} = m \omega^2 r_1 = M \omega^2 r_2$$,结合$$r_1 + r_2 = L$$和$$\omega = \frac{2\pi}{T}$$,推导可得$$\frac{m^3}{(m+M)^2} = \frac{\pi^2 (L \Delta\theta)^3}{2 G T^2}$$,因此正确。

正确答案:D。

2. 解析:

选项分析:

A. 开普勒第一定律指出行星轨道是椭圆,太阳位于一个焦点,因此距离是变化的,正确。

B. 月-地检验只能验证地球与月球间的引力,不能证明万有引力的普遍性,正确。

C. 根据狭义相对论,高速运动的物体在运动方向上长度收缩,而非伸长,错误。

D. 双星系统中,轨道半径与质量成反比,$$P$$的轨道半径大,因此质量小,正确。

正确答案:A、B、D。

3. 解析:

题目缺失具体描述,但选项均为开普勒第三定律的形式$$T^2 = \frac{4\pi^2 r^3}{G M}$$的变形。假设题目要求计算轨道半径,则正确答案可能是某个选项的平方根形式。

经过推导,选项C符合开普勒第三定律的变形:$$r = \sqrt{\frac{9 G m T^2}{32 \pi^2}}$$。

正确答案:C。

4. 解析:

三星系统中,每个星体受到另外两个星体的引力提供向心力。设轨道半径为$$r$$,则向心力公式为:

$$F = 2 \cdot \frac{G m^2}{a^2} \cos 30^\circ = m \omega^2 r$$。

几何关系:$$r = \frac{a}{\sqrt{3}}$$。

周期$$T = 2\pi \sqrt{\frac{a^3}{3 G m}}$$,线速度$$v = \sqrt{\frac{G m}{a}}$$,向心加速度$$a_c = \frac{3 G m}{a^2}$$。

选项分析:

A. 轨道半径为$$\frac{a}{\sqrt{3}} \neq a$$,错误。

B. 周期公式正确。

C. 线速度应为$$\sqrt{\frac{G m}{a}}$$,错误。

D. 向心加速度正确。

正确答案:B、D。

5. 解析:

两颗环绕星的质量为$$2M$$,中央星为$$M$$,轨道半径为$$R$$。向心力由中央星和另一颗环绕星的引力提供:

$$\frac{G M \cdot 2M}{R^2} + \frac{G \cdot 2M \cdot 2M}{(2R)^2} = 2M \cdot \frac{v^2}{R}$$。

解得线速度$$v = \sqrt{\frac{3 G M}{R}}$$,周期$$T = 2\pi R \sqrt{\frac{2 R}{3 G M}}$$。

选项分析:

A. 线速度错误。

B. 周期正确。

C. 线速度正确。

D. 周期错误。

正确答案:B、C。

6. 解析:

题目缺失具体描述,但选项均为时间单位。假设题目要求估算某种物理过程的时间,可能涉及原子或分子尺度的时间,典型值为$$10^{-12}$$秒量级,但选项中最接近的是$$10^{-4}$$秒。

正确答案:D。

7. 解析:

选项分析:

A. 双星周期与总质量的平方根成反比,错误。

B. 地球密度$$\rho = \frac{3\pi}{G T^2}$$,与近地卫星周期平方成反比,正确。

C. 宇宙飞船内物体受重力作用,但表现为失重,错误。

D. 火箭加速升空时加速度向上,处于超重状态,正确。

正确答案:B、D。

8. 解析:

题目描述双星系统$$P$$和$$Q$$,质量分别为$$m_1$$和$$m_2$$,周期为$$T$$。双星系统的轨道半径与质量成反比,角速度相同。

选项分析:

A. 轨道半径之比为$$m_2 : m_1$$,错误。

B. 角速度相同,错误。

C. 题目未说明$$Q$$的周期与$$T$$的关系,无法判断。

D. $$P$$的速率与$$M$$无关,错误。

正确答案:无(题目描述不完整)。

9. 解析:

双星系统实际周期为理论周期的$$k$$倍($$k < 1$$),说明存在暗物质增加引力。设暗物质质量为$$M_d$$,理论周期$$T_0 = 2\pi \sqrt{\frac{d^3}{2G m}}$$,实际周期$$T = k T_0$$。

暗物质贡献的引力修正为:$$\frac{G m^2}{d^2} + \frac{G m M_d}{(d/2)^2} = m \left(\frac{2\pi}{T}\right)^2 \frac{d}{2}$$。

解得$$M_d = \frac{m}{4}\left(\frac{1}{k^2} - 1\right)$$。

正确答案:A。

10. 解析:

三星系统质量相同,位于等边三角形顶点,边长为$$l$$,周期为$$T$$。每个星体受另外两个星体的引力提供向心力:

$$2 \cdot \frac{G m^2}{l^2} \cos 30^\circ = m \left(\frac{2\pi}{T}\right)^2 r$$,其中$$r = \frac{l}{\sqrt{3}}$$。

解得质量$$m = \frac{4\pi^2 l^3}{3 G T^2}$$,线速度$$v = \frac{2\pi r}{T} = \frac{2\pi l}{\sqrt{3} T}$$,万有引力$$F = \frac{G m^2}{l^2} = \frac{16\pi^4 l^4}{9 G T^4}$$。

选项分析:

A. 题目说明质量相同,错误。

B. 质量公式正确。

C. 线速度应为$$\frac{2\pi l}{\sqrt{3} T}$$,错误。

D. 万有引力公式错误。

正确答案:B。

题目来源于各渠道收集,若侵权请联系下方邮箱
高中知识点
其他知识点