A 、 B 两个半径相同的天体各有一个卫星 a 、 b 环绕它们做匀速圆周运动,两个卫星的环绕周期之比为 4 ; 1 , A 、 B 各自表面重力加速度之比为 4:1 (忽略天体的自转),则
A . a 、 b 轨迹半径之比为 4:1
B . A 、 B 密度之比为 4:1
C . a 、 b 扫过相同面积所需时间之比为 1:16
D . a 、 b 所受向心力之比为 1:16
AB
【解析】
根据 以及 导出轨道半径与周期和表面重力加速度的关系,然后求解 a 、 b 轨迹半径之比;找到星球密度的表达式,求解密度之比;根据圆周运动的知识求解扫过某一面积所用的时间表达式,求解 a 、 b 扫过相同面积所需时间之比 .
【详解】
根据 以及 可得 ;可得 a 、 b 轨迹半径之比为 ,选项 A 正确;由 ,则 A 、 B 密度之比为 4:1 ,选项 B 正确;根据 , ,即 ,当扫过相同面积 S 时,则 ,选项 C 错误;两卫星 ab 的质量不确定,无法比较向心力的大小关系,选项 D 错误;故选 AB.
万有引力定律的推导过程:
①太阳和地球之间的引力提供地球绕太阳做匀速率圆周运动的向心力;
②向心力用带有周期的公式来描述;
③得出:引力与地球的质量成正比,与距离的平方成反比;
④再利用牛顿第三定律得出:引力还与太阳的质量成正比;
⑤最后用地球和月亮之间的引力也满足此关系的佐证,得出万有引力定律。
知识拓展:
万有引力定律在高中物理中的地位:
在万有引力定律之前,学生应对力、质量、速度、加速度、向心力和向心加速度等物理概念有较好的理解,并掌握自由落体、抛体和匀速圆周运动的规律,能熟练运用牛顿运动定律解决动力学的基本问题。将万有引力定律与圆周运动知识相结合,可以讨论许多涉及天体和人造卫星运动等方面的实际问题。如太阳、地球及其它行星的质量、密度;计算人造卫星的轨道、周期等一系列参数,包括地球的同步卫星等;反过来还可推证开普勒行星运动定律。
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