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(2007?广东)土星周围有许多大小不等的岩石颗粒,其绕土星的运动可视为圆周运动.其中有两个岩石颗粒A和B与土星中心距离分别为rA=8.0×104km和rB=1.2×105km.忽略所有岩石颗粒间的相互作用,求:(结果可用根式表示)
(1)求岩石颗粒A和B的线速度之比;
(2)求岩石颗粒A和B的周期之比;
(3)土星探测器上有一物体,在地球上重为10N,推算出他在距土星中心3.2×105km处受到土星的引力为0.38N.已知地球半径为6.4×103km,请估算土星质量是地球质量的多少倍?
分析:(1)由万有引力提供向心力即可列式求解;
(2)同样根据万有引力提供向心力列式求解;
(3)根据万有引力公式直接列式比较即可求解.
解答:解:(1)设土星质量为M0,颗粒质量为m,颗粒距土星中心距离为r,线速度为v,据牛顿第二定律和万有引力定律有
                         
GM0m
r2
=
mv2
r

解得
                        v=
GM0
r

对于A、B两颗粒分别有
                        vA=
GM0
rA

                        vB=
GM0
rB

解得
                       
vA
vB
=
6
2

故岩石颗粒A和B的线速度之比为
6
:2.
(2)设颗粒绕土星作圆周运动的周期为T,则有
                        T=
2πr
v

对于A、B两颗粒分别有
                        TA=
2πrA
vA

                        TB=
2πrB
vB

解得
                      
TA
TB
=
2
6
9

故岩石颗粒A和B的周期之比为2
6
:9.
(3)设地球质量为M,地球半径为r0,地球上物体的重力可视为万有引力,探测器上物体质量为m0,在地球表面重力为
G0,距土星中心r0′=3.2×105 km处的引力为G0′,根据万有引力定律有
                     G0=
GMm0
r02

                     
G
/
0
=
GM0m0
r′2
    
解得
                     
M0
M
=95

故土星质量大约是地球质量的95倍.
点评:本题是万有引力定律得简单应用问题,可列出表达式直接对比求解.
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