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计算天体的质量

知识点详情

计算天体的质量知识点包括计算天体的质量知识点梳理、天体质量的计算要点探究、天体密度的计算、天体运动的分析与计算等部分,有关计算天体的质量的详情如下:

计算天体的质量知识点梳理

m是太阳的质量,m是某个行星的质量,r是行星与太阳之间的距离,可测出该行星绕太阳做匀速圆周运动的周期T.

1.思路:行星与太阳间的万有引力充当向心力.

2.关系式:=________.

3.结论:m=________只要知道行星绕太阳运动的周期T和半径r就可以计算出太阳的质量.

4.推广:若已知卫星绕行星运动的周期T和卫星与行星之间的距离r,可计算行星的质量m,公式是m=________.

答案:

2. 3. 4.

天体质量的计算要点探究

天体质量的计算方法

 

重力加速度法

环绕法

情境

已知天体(如地球)的半径R和天体(如地球)表面的重力加速度g

行星或卫星绕中心天体做匀速圆周运动

思路

物体的重力近似等于天体(如地球)与物体间的万有引力:

行星或卫星受到的万有引力提供向心力

 

结果

天体(如地球)质量:

中心天体质量:

若忽略地球自转的影响,在地球表面上质量为m的物体所受的重力mg等于地球对物体的引力,即,所以有,只要测出G,便可“称量”地球的质量.

天体密度的计算

1.利用天体表面的重力加速度求天体密度

2.利用天体的卫星求天体密度

若已知中心天体的半径R,环绕天体的运转周期T,轨道半径r,则可得,中心天体质量,联立可得.

天体运动的分析与计算

1.一个模型

天体(包括卫星)的运动可简化为质点的匀速圆周运动模型.

2.两条思路

(1)万有引力提供天体运动的向心力

(2)黄金代换

在天体表面上,天体对物体的万有引力近似等于物体的重力,即,从而得出GmgR2.

 图解

r>r

v<vω<ω

a<aT>T地.

越高越慢

3.记住两组公式

(1)

(2)(g为星体表面处的重力加速度)

GMR2g,该公式通常被称黄金代换.

4.四个重要结论

设质量为m的天体绕另一质量为M的中心天体做半径为r的匀速圆周运动.

(1)由r越大,天体的v越小.

(2)由r越大,天体的ω越小.

(3)由r越大,天体的T越大.

(4)由r越大,天体的a越小.

点睛:解决天体运动问题的关键

①建立物理模型——绕中心天体做匀速圆周运动.

②应用物理规律——万有引力定律和圆周运动规律.

③利用“GMgR2”——“gR2”代换“GM”,简化记忆和解题.

典型例题
【第1题】  

“嫦娥四号”在人类历史上首次实现在月球背面软着陆和勘测.假定测得月球表面物体自由落体加速度为g,已知月球半径R和月球绕地球运转周期T,引力常量为G.根据万有引力定律,就可以“称量”出月球质量了.月球质量M为(  )

A.

B.

C.

D.

【第2题】  

(多选)利用引力常量G和下列某一组数据,能计算出地球质量的是(  )

A.地球的半径及重力加速度(不考虑地球自转)

B.人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期

C.月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离

D.地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离

【第3题】  

2018年2月,我国500 m口径射电望远镜(天眼)发现毫秒脉冲星“J0318+0253”,其自转周期T=5.19 ms.假设星体为质量均匀分布的球体,已知万有引力常量为6.67×10-11N·m2/kg2.以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为(  )

A.5×109 kg/m3

B.5×1012 kg/m3

C.5×1015 kg/m3

D.5×1018 kg/m3

【第4题】  

如图所示,是按一定比例尺绘制的太阳系五颗行星的轨道,可以看出,行星的轨道十分接近圆,由图可知(  )

A.火星的公转周期小于地球的公转周期

B.水星的公转速度小于地球的公转速度

C.木星的公转角速度小于地球的公转角速度

D.金星的向心加速度小于地球的向心加速度

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