2022 年 3 月,中国航天员翟志刚、王亚平、叶光富在离地球表面约 的 “ 天宫二号 ” 空间站上通过天地连线,为同学们上了一堂精彩的科学课。通过直播画面可以看到,在近地圆轨道上飞行的 “ 天宫二号 ” 中,航天员可以自由地漂浮,这表明他们( )
A .所受地球引力的大小近似为零
B .所受地球引力与飞船对其作用力两者的合力近似为零
C .所受地球引力的大小与其随飞船运动所需向心力的大小近似相等
D .在地球表面上所受引力的大小小于其随飞船运动所需向心力的大小
C
【详解】 ABC .航天员在空间站中所受万有引力完全提供做圆周运动的向心力,飞船对其作用力等于零,故 C 正确, AB 错误;
D .根据万有引力公式
可知在地球表面上所受引力的大小大于在飞船所受的万有引力大小,因此地球表面引力大于其随飞船运动所需向心力的大小,故 D 错误。
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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