高考解析



一、考纲要求

  高考要求掌握应用万有引力定律解决问题的思路和方法,能综合应用力学知识解答有关天体质量的计算问题。

二、高考题讲解

1、据美联社2002年10月7日报道,天文学家在太阳系的9大行星之外,又发现了一颗比地球小得多的新行星,而且还测得它绕太阳公转的周期约为288年. 若把它和地球绕太阳公转的轨道都看作圆,问它与太阳的距离约是地球与太阳距离的多少倍. (最后结果可用根式表示)

解析:

  设太阳的质量为M;地球的质量为绕太阳公转的周期为T0,太阳的距离为R0,公转角速度为;新行星的质量为,绕太阳公转的周期为T,与太阳的距离为R,公转角速度为,根据万有引力定律和牛顿定律,得

  

  由以上各式得

  已知 T=288年,T0=1年得

2、宇航员站在一星球表面上的某高处,沿水平方向抛出一个小球。经过时间t,小球落到星球表面,测得抛出点与落地点之间的距离为L.若抛出时的初速度增大到2倍,则抛出点与落地点之间的距离为L.已知两落地点在同一水平面上,该星球的半径为R,万有引力常数为G,求该星球的质量M.(提示:设小球质量为m,该星球表面重力加速度为g,则

解析:

  设抛出点的高度为h,第一次平抛的水平射程为x,则有x2+h2=L2.

  由平抛运动规律知,当初速度增大到2倍,其水平射程也增大到2x,则:

  

  联立以上两式得:

  设该星球上的重力加速度为g,由平抛运动的规律,得

  由万有引力定律与牛顿第二定律有:

  其中m为小球质量。

  联立解得:

3、地球半径R=6400km,地面的重力加速度g=9.8m/s2.地核的体积约为整个地球体积的16%,地核的质量约为地球质量的34%.试估算地核的平均密度。

解析:

  本题求的是地核的平均密度,而由于地核与地球的质量关系和体积关系均已知,故只要求出地球的密度,地核的密度便迎刃而解,如果把思路限定在地核上,则会有不知如何下手之感。

  不计地球自转的影响,地球对物体的引力为物体的重力,即:

  

  所以,地球的质量为

  地球的平均密度为:

  

  设地核的平均密度为ρ′,地核的质量和体积分别为M′和V′,则:

  

  所以,地核的平均密度为:

  

-END-