近几年来,我国生产的 “ 蛟龙号 ” 下潜突破 7000m 大关,我国的北斗导航系统也进入紧密的组网阶段。已知质量分布均匀的球壳对壳内任一质点的万有引力为零,将地球看成半径为 R 、质量分布均匀的球体,北斗导航系统中的一颗卫星的轨道距离地面的高度为 h , “ 蛟龙号 ” 下潜的深度为 d ,则该卫星所在处的重力加速度与 “ 蛟龙号 ” 所在处的重力加速度的大小之比为( )
A . B .
C . D .
C
【详解】设地球的密度为 ρ ,在地球表面,重力和地球的万有引力大小相等,有
由于地球的质量
联立上式解得
根据题意,在深度为 d 的地球内部, “ 蛟龙号 ” 受到地球的万有引力等于半径为( R - d )的球体表面的重力,故 “ 蛟龙号 ” 在海里的重力加速度为
联立可得
对卫星,根据万有引力提供向心力有
解得加速度
所以
故选 C 。
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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