高中 | 引力势能 题目答案及解析

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必修2

第六章 万有引力与航天

6.4 万有引力理论的成就

引力势能

$2019$$4$$10$日,世界上第一张黑洞照片诞生了,证实了神秘天体黑洞的存在。黑洞是宇宙中质量巨大的一类天体,连光都无法逃脱它的引力束缚。取两天体相距无限远时引力势能为零,引力势能表达式为$E_{p}=-\dfrac{GMm}{r}$,已知地球半径$R=6400\;\rm km$,光速$c=3\times 10^{8}\;\rm m/s$。设想把地球不断压缩(保持球形不变),刚好压缩成一个黑洞时,地球表面的重力加速度约为$(\qquad)$

["

$7\\times 10^{17}\\;\\rm m/s^{2}$

","

$7\\times 10^{18}\\;\\rm m/s^{2}$

","

$4.9\\times 10^{18}\\;\\rm m/s^{2}$

","

$4.9\\times 10^{17}\\;\\rm m/s^{2}$

"]
[["C"]]

根据单位换算:$R=6400\;\rm km=6.4\times 10^{6}m$;在地球表面有:$G\dfrac{Mm}{R^{2}} =mg$,解得:$GM=gR^{2}$,连光都无法逃脱它的引力束缚,故有:$\dfrac{1}{2}m'c^{2}= \dfrac{GMm'}{r}$,解得:$\dfrac{1}{2}c^{2}= \dfrac{GM}{r}$

把地球不断压缩后:$G\dfrac{Mm}{r^{2}}=mg'$,解得:$GM=g^\prime r^{2}$,联立以上式子解得:$g'=\dfrac{c^{4}}{4gR^{2}}$,则:$g'≈4.9\times 10^{18}\;\rm m/s^{2}$,故$\rm C$正确,$\rm ABD$错误。

故选:$\rm C$

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若、两颗人造地球卫星质量相同,圆周运动的周期之比为,则它们的向心加速度之比,卫星的动能之比,卫星地球间的引力势能之比分别为 如图,卫星在地球不同的圆形轨道上具有不同引力势能。已知地球质量为,卫星质量为,卫星到地球球心的距离为,引力势能为,真空中负点电荷的电荷量为,其周围空间电势可以表示为:,与该点电荷的电势类比,可以定义“引力势”的概念。下列说法合理的是 已知质量为的人造地球卫星与地心的距离为时,引力势能可克表示为,其中为引力常量,为地球质量。为地球质量。先从地面赤道某处发射一质量的卫星至离地球表面高处的轨道上,使其绕地球做匀速圆周运动,则至少需对卫星做功(忽略地球自转影响,地球半径设为) 物体在万有引力场中具有的势能叫做引力势能,若取离地球无穷远处的引力势能为零,则质量为的物体引力势能为,其中为引力常量,为地球的质量,为物体到地心的距离。如图虚线圆为人造地球卫星的两个圆轨道,轨道Ⅰ是近地轨道。已知轨道Ⅱ的半径为轨道Ⅰ的倍,地球半径为,则质量为的人造地球卫星 地球和月球间的距离为,以地心作为坐标原点,沿地月连线建立轴,在轴上有一个探测器。仅考虑地球和月球对探测器的引力作用,可得探测器引力势能随位置变化关系如图所示,已知在处探测器的引力势能最大,则地球与月球的质量之比为
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