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专题 双星问题

专题 双星问题
专题 双星问题

“双星”问题的分析思路

两颗质量可以相比的恒星相互绕着旋转的现象,叫双星。双星问题是万有引力定律在天文学上的应用的一个重要内容,现就这类问题的处理作简要分析。

一.要明确双星中两颗子星做匀速圆周运动的向心力来源

双星中两颗子星相互绕着旋转可看作匀速圆周运动,其向心力由两恒星间的万有引力提 供。由于力的作用是相互的,所以两子星做圆周运动的向心力大小是相等的,利用万有引力定律可以求得其大小。

二.要明确双星中两颗子星匀速圆周运动的运动参量的关系

两子星绕着连线上的一点做圆周运动,所以它们的运动周期是相等的,角速度也是相等 的,所以线速度与两子星的轨道半径成正比。。

三.要明确两子星圆周运动的动力学关系。

设双星的两子星的质量分别为M 1和M 2,相距L ,M 1和M 2的线速度分别为v 1和v 2,角 速度分别为ω

1和ω2,由万有引力定律和牛顿第二定律得:

M 1: 2

212111111M M v G M M r L r ω==

M 2: 2

2122222222M M v G M M r L r ω==

试由上式

1.试推导1r 和2r 的表达式

2.求出双星的运动周期和总质量

在这里要特别注意的是在求两子星间的万有引力时两子星间的距离不能代成了两子星做圆周运动的轨道半径。

练习

1.美国科学家通过射电望远镜观察到宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统:三颗星位于同一直线上,两颗环绕星围绕中央星在同一半径为R 的圆形轨道上运行.设每个星体的质量均为M ,忽略其它星体对它们的引力作用,则( )

A .环绕星运动的周期为T=2π

B .环绕星运动的周期为T=2π

C .环绕星运动的线速度为

D .环绕星运动的角速度为

2.双星系统由两颗恒星组成,两恒星在相互引力的作用下,分别围绕其连线上的某一点做周期相同的匀速圆周运动.研究发现,双星系统演化过程中,两星的总质量、距离和周期均可能发生变化.若某双星系统中两星做圆周运动的周期为T ,经过一段时间演化后,两星总质量变为原来的4倍,两星之间的距离变为原来的2倍,则此时圆周运动的周期为( )

A.T B.T C.T D.T

3.(多选)2012年7月26日,一个国际研究小组借助于智利的甚大望远镜,观测到了一组双星系统,它们绕两者连线上的某点O做匀速圆周运动,如图所示.此双星系统中体积较小成员能“吸食”另一颗体积较大星体表面物质,达到质量转移的目的,假设在演变的过程中两者球心之间的距离保持不变,则在最初演变的过程中()

A.它们做圆周运动的万有引力保持不变

B.它们做圆周运动的角速度不变

C.体积较大星体圆周运动轨迹半径变大,线速度也变大

D.体积较大星体圆周运动轨迹半径变大,线速度变小

4.(多选)2017年,人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们复原的过程,在两颗中子星合并前约100s时,它们相距约400km,绕二者连线上的某点每秒转动12圈。将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体,由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识,可以估算出这一时刻两颗中子星()

A.质量之积B.质量之和

C.速率之和D.各自的自转角速度

1.c

2.c

3.bc

4.bc

双星与多星问题

双星与多星问题 双星模型 1?模型构建 在天体运动中,将两颗彼此相距较近,且在相互之间万有引力作用下绕两者连线上的某点做周期相同 的匀速圆周运动的行星称为双星。 2?模型条件 ① 两颗星彼此相距较近。 ② 两颗星靠相互之间的万有引力做匀速圆周运动。 ③ 两颗星绕同一圆心做圆周运动。 3?模型特点 如图所示为质量分别是 m i 和m 2的两颗相距较近的恒星。 它们间的 距离为L.此双星问题的特点是: (1) 两星的运行轨道为同心圆,圆心是它们之间连线上的某一点。 ⑵两星的向心力大小相等,由它们间的万有引力提供。 (3)两星的运动周期、角速度相同。 ⑷两星的运动半径之和等于它们间的距离,即 r i + r 2= L. 4. 双星问题的处理方法 双星间的万有引力提供了它们做圆周运动的向心力,即 5. 双星问题的两个结论 (1)运动半径:m i r i = m 2",即某恒星的运动半径与其质量成反比。 .一.十匕、★一 ,一 2 冗 ____,一..一—、十一 4 #L 3 ⑵质量之和:由于 3=〒,「i + r 2= L,所以两恒星的质量之和 m i + m 2 =石尹° 【示例i 】20I6年2月ii 日,美国科学家宣布探测到引力波,证实了爱因斯坦 I00年前的 预测,弥补了 爱因斯坦广义相对论中最后一块缺失的 拼图”双星的运动是产生引力波的来源之一,假设宇宙中有一双星 系统由 a 、b 两颗星体组成, 这两颗星绕它们连线的某一点在万有引力作用下做匀速圆周运动,测得 a 星的 周期为 T, a 、b 两颗星的距离为1, a 、b 两颗星的轨道半径之差为 Ar(a 星的轨道半径大于 b 星的轨道半径), 则( ) I — Ar B.a 星的线速度大小为 n I + Ar A"星的周期为| + Ar 1 T 规律总结 Gm i m 2 2 2 ―L2~ = m i 32门=m 2 32 r 2。 C.a 、b 两颗星的半径之比为 D.a 、b 两颗星的质量之比为 I + I —

2018_2019学年高中物理第三章万有引力定律及其应用微型专题4卫星变轨问题和双星问题学案粤教版必

微型专题4 卫星变轨问题和双 星问题 知识目标核心素养 1.会分析卫星的变轨问题,知道卫星变轨 的原因和变轨前后卫星速度的变化. 2.掌握双星运动的特点,会分析求解双星 运动的周期和角速度. 1.掌握卫星变轨的实质及蕴含的思想方法. 2.掌握“双星”的特点,建立“双星”问题 模型. 一、人造卫星的发射、变轨与对接 1.发射问题 要发射人造卫星,动力装置在地面处要给卫星一很大的发射初速度,且发射速度v>v1=7.9 km/s,人造卫星做离开地球的运动;当人造卫星进入预定轨道区域后,再调整速度,使F引=F向,即G Mm r2 =m v2 r ,从而使卫星进入预定轨道. 2.卫星的变轨问题 卫星变轨时,先是线速度v发生变化导致需要的向心力发生变化,进而使轨道半径r发生变化. (1)当卫星减速时,卫星所需的向心力F向=m v2 r 减小,万有引力大于所需的向心力,卫星将做

近心运动,向低轨道变迁. (2)当卫星加速时,卫星所需的向心力F 向=m v 2 r 增大,万有引力不足以提供卫星所需的向心力, 卫星将做离心运动,向高轨道变迁. 以上两点是比较椭圆和圆轨道切点速度的依据. 3.飞船对接问题 (1)低轨道飞船与高轨道空间站对接如图1甲所示,低轨道飞船通过合理地加速,沿椭圆轨道(做离心运动)追上高轨道空间站与其完成对接. 图1 (2)同一轨道飞船与空间站对接 如图乙所示,后面的飞船先减速降低高度,再加速提升高度,通过适当控制,使飞船追上空间站时恰好具有相同的速度. 例1 如图2所示为卫星发射过程的示意图,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再一次点火,将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q 点,轨道2、3相切于P 点,则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法中正确的是( ) 图2 A .卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 B .卫星在轨道3上的周期大于在轨道2上的周期 C .卫星在轨道1上经过Q 点时的速率大于它在轨道2上经过Q 点时的速率 D .卫星在轨道2上经过P 点时的加速度小于它在轨道3上经过P 点时的加速度 答案 B 解析 卫星在圆轨道上做匀速圆周运动时有: G Mm r 2=m v 2 r ,v =GM r 因为r 1<r 3,所以v 1>v 3,A 项错误. 由开普勒第三定律知T 3>T 2,B 项正确. 在Q 点从轨道1到轨道2需要做离心运动,故需要加速. 所以在Q 点v 2Q >v 1Q ,C 项错误.

双星系统动态稳定性问题探讨

双星系统动态稳定性问题探讨 李旷建吴文祥卞红伟 (吉林省电力勘测设计院,吉林,长春,130022) 摘要:随着GPS硬软件的不断发展,双频双星系统接收机现已应用到测绘生产中,双星系统(GPS+GLONASS系统)的问世解决了在观测条件差及卫星数量少的情况下没有固定解或长时间得不到固定解的问题。尤其为电力勘测等线路测绘生产解决了林区林木砍伐的问题,从而提高了劳动生产率和劳动效率。然而,在测绘生产中双星系统在一些环境下,其系统动态稳定性(即解状态的真实可靠性)问题,是测绘生产和广大的测绘工作者不容忽视的问题。其系统动态解状态的不真实性,给测绘产品的质量埋下了隐患。本文针对一具体线路工程所出现的双星系统的动态稳定性问题进行探讨,寻求如何避免和发现测绘生产中双星系统固定解的不真实性(即假解)问题,从而避免测绘产品出现质量事故和质量问题,同广大测绘同仁共同关注、重视和保证测绘产品质量,使测绘生产安全高效运行。此外,这对怎样使用好GPS设备,预防和消除测绘产品质量事故和隐患具有重要意义。 关键词:双星定位系统;动态稳定性;线路勘测;CORS系统 1.双星系统及双星系统GPS接收机设计原理简介 1.1双星系统 所谓的双星系统系将全球定位系统GPS与全球导航卫星系统GLONASS结合为一体,共有48颗定位卫星,除定位精度可提高外,定位的速度也可大大提升,亦可填补单一星系卫星接收不足或信号品质不良的缺陷。 1.2双星系统GPS接收机的设计原理 美国的GPS和俄罗斯的GLONASS卫星是各自独立的天基卫星定位系统,GPS采用CDMA(码分多址)方式,根据调制码区别卫星,所有GPS卫星的载波频率相同,均为fL1=1575.42 MHz和fL2=1227.6 MHz。GLONASS卫星采用FDMA(频分多址)方式,根据载波频率来区分不同卫星,每颗卫星发播的两种频率分别为1602+0.5625K(MHz)和1246+0.4375K(MHz),其中K为1~24颗卫星的频率编号。由于这两种星基导航系统在系统配置、导航定位机理、工作频段、调制方

第四章 微专题33 抓住”双星、多星模型”的核心方程

1.“双星模型”如图:各自所需的向心力由彼此间的万有引力提供,即Gm 1m 2L 2 =m 1ω12r 1,Gm 1m 2L 2 =m 2ω22r 2. 2.“双星问题”的隐含条件是两者受到的向心力相等、周期相等、角速度相同;双星轨道半径与质量成反比. 3.多星问题中,每颗星做圆周运动所需的向心力由它们之间的万有引力的合力提供,即F 合 =m v 2 r ,以此列向心力方程进行求解. 1.(多选)(2019·广东揭阳市下学期第二次模拟)2018年6月14日,探月工程嫦娥四号任务“鹊桥”中继星成功实施轨道捕获控制,进入环绕距月球约 6.5万公里的地月拉格朗日L 2点的Halo 使命轨道,为嫦娥四号“照亮”“驾临”月球背面之路.当“鹊桥”位于如图1所示的拉格朗日点L 2上时,会在月球与地球的共同引力作用下,几乎不消耗燃料而保持与月球同步绕地球做圆周运动.下列说法正确的是( ) 图1 A .“鹊桥”中继星绕地球转动的向心加速度比月球绕地球转动的向心加速度小 B .“鹊桥”中继星绕地球转动的线速度比月球绕地球转动的线速度大 C .“鹊桥”中继星绕地球转动的周期比地球同步卫星的周期长 D .“鹊桥”中继星绕地球转动的角速度比月球绕地球转动的角速度小 2.(多选)如图2所示,两颗星球组成的双星,在相互之间的万有引力作用下,绕连线上的O 点做周期相同的匀速圆周运动.现测得两颗星之间的距离为L ,质量之比为m 1∶m 2=3∶2,下列说法中正确的是( )

图2 A .m 1、m 2做圆周运动的线速度之比为2∶3 B .m 1、m 2做圆周运动的角速度之比为3∶2 C .m 1做圆周运动的半径为25 L D .m 2做圆周运动的半径为25 L 3.(多选)(2020·云南大姚县一中模拟)引力波探测于2017年获得诺贝尔物理学奖.双星的运动是产生引力波的来源之一,假设宇宙中有一双星系统由P 、Q 两颗星体组成,这两颗星绕它们连线的某一点在二者万有引力作用下做匀速圆周运动,测得P 星的周期为T ,P 、Q 两颗星的距离为l ,P 、Q 两颗星的轨道半径之差为Δr (P 星的轨道半径大于Q 星的轨道半径),引力常量为G ,则( ) A .Q 、P 两颗星的质量差为4π2l 2Δr GT 2 B .P 、Q 两颗星的线速度大小之差为2πΔr T C .P 、Q 两颗星的运动半径之比为l l -Δr D .P 、Q 两颗星的质量之比为l -Δr l +Δr 4.(多选)(2019·湖北宜昌市元月调考)宇宙中有许多双星系统由两颗恒星组成,两恒星在相互引力的作用下,分别围绕其连线上的某一点做周期相同的匀速圆周运动.研究发现,双星系统演化过程中,两星的总质量、距离和周期均可能发生变化.如图3所示,若某双星系统中两星做圆周运动的周期为T ,m 1星线速度大小为v 1,m 2星线速度大小为v 2,经过一段时间演 化后,两星总质量变为原来的1k (k >1)倍,两星之间的距离变为原来的n (n >1)倍,则此时双星系统圆周运动的周期T ′和线速度之和v 1′+v 2′是( ) 图3 A .T ′=n 3kT B .T ′=n 3 k T

高考万有引力双星、多星问题

万有引力应用二——双星及多星问题 1、(多选)经长期观测,人们在宇宙中已经发现了“双星系统”.“双星系统”由两颗相距较近的恒星组成,每个恒星的半径远小于两颗星之间的距离,而且双星系统一般远离其他天体.如图两颗星球组成的双星,在相互之间的万有引力作用下,绕连线上的O 点做匀速圆周运动.现测得两颗星之间的距离为l ,质量之比约为m 1:m 2=3:2,则可知( ) A .m 1:m 2做圆周运动的线速度之比为2:3 B .m 1:m 2做圆周运动的角速度之比为1:1 C .m 1做圆周运动的半径为 53l D .m 2做圆周运动的半径为5 3 l 答案及解析:.ABD 解:双星围绕连线上的O 点做匀速圆周运动,彼此间万有引力提供圆周运动向心力,可知双星做圆周运动的周期和角速度相等.令星m 1的半径为r ,则星m 2的半径为l ﹣r 则有:据万有引力提供圆周运动向心力有: 即m 1r=m 2(l ﹣r )又∵ ∴ 则星m 2的半径为,故C 错误,D 正确 又因为v=rω可知,两星做圆周运动的线速度之比等于半径之比即:,所以A 正确.双 星运动的角速度相同,故B 正确.故选:ABD . 2、(多选)宇宙中两颗相距很近的恒星常常组成一个系统,它们以相互间的万有引力彼此提供向心力,从而使它们绕着某一共同的圆心做匀速圆周运动,若已知它们的运转周期为T ,两星到某一共同圆心的距离分别为R 1和R 2,那么,系统中两颗恒星的质量关系是( ) A .这两颗恒星的质量必定相等 B .这两颗恒星的质量之和为 4π 2 R 1+R 23 GT 2 C .这两颗恒星的质量之比为m 1∶m 2=R 2∶R 1 D .其中必有一颗恒星的质量为 4π 2 R 1+R 23 GT 2 BC [对m 1有:G m 1m 2 R 1+R 2 2 =m 1R 1 4π 2 T 2 ,解得m 2=4π2R 1R 1+R 2 2 GT 2 ,同理可得m 1=4π2 R 2R 1+R 2 2 GT 2 ,故 两者质量不相等,故选项A 错误;将两者质量相加得m 1+m 2=4π 2 R 1+R 23 GT 2 ,故选项B 正确;m 1∶m 2= R 2∶R 1,故选项C 正确;两者质量之和为4π 2 R 1+R 23 GT 2 ,则不可能其中一个的质量为 4π 2 R 1+R 23 GT 2 , 故选项D 错误.] 3、(单选)我们的银河系的恒星中大约四分之一是双星.某双星由质量不等的星体S 1和S 2构成,两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点C 做匀速圆周运动.由天文观察测得其运动周期为T ,S 1到C 点的距离为r 1,S 1和S 2的距离为r ,已知引力常量为G .由此可求出S 2的质量为( )

高中物理双星问题

资料收集于网络,如有侵权 请联系网站删除 只供学习与交流 “双星”问题的分析思路 两颗质量可以相比的恒星相互绕着旋转的现象,叫双星。双星问题是万有引力定律在天文学上的应用的一个重要内容,现就这类问题的处理作简要分析。 一、 要明确双星中两颗子星做匀速圆周运动的向心力来源 双星中两颗子星相互绕着旋转可看作匀速圆周运动,其向心力由两恒星间的万有引力提 供。由于力的作用是相互的,所以两子星做圆周运动的向心力大小是相等的,利用万有引力定律可以求得其大小。 二、 要明确双星中两颗子星匀速圆周运动的运动参量的关系 两子星绕着连线上的一点做圆周运动,所以它们的运动周期是相等的,角速度也是相等 的,所以线速度与两子星的轨道半径成正比。 三、 要明确两子星圆周运动的动力学关系。 设双星的两子星的质量分别为M 1和M 2,相距L ,M 1和M 2的线速度分别为v 1和v 2,角 速度分别为ω1和ω2,由万有引力定律和牛顿第二定律得: M 1: 2 2121111121M M v G M M r L r ω== M 2: 2 21 22222222M M v G M M r L r ω== 在这里要特别注意的是在求两子星间的万有引力时两子星 间的距离不能代成了两子星做圆周运动的轨道半径。 【例题一】两颗靠得很近的天体称为双星,它们都绕两者连线上某点做匀速圆周运动,因而不至于由于万有引力而吸引到一起,以下说法中正确的是: A 、它们做圆周运动的角速度之比与其质量成反比。 B 、它们做圆周运动的线速度之比与其质量成反比。 C 、它们做圆周运动的半径与其质量成正比。 D 、它们做圆周运动的半径与其质量成反比。 解析:两子星绕连线上的某点做圆周运动的周期相等,角速度也相等。由v=r ω得线速度与两子星圆周运动的半径是成正比的。因为两子星圆周运动的向心力由两子星间的万有引力提供,向心力大小相等,由212112M M G M r L ω=,212222M M G M r L ω=可知:221122M r M r ωω=,所以它们的轨道半径与它们的质量是成反比的。而线速度又与轨道半径成正比,所以线速度与它们的质量也是成反比的。正确答案为:BD 。 2 2

第七章 卫星变轨问题和双星问题—人教版(2019)高中物理必修第二册检测

卫星变轨问题和双星问题 课后练习题 一、选择题 1. 1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星,该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动.如图1所示,设卫星在近地点、远地点的速度分别为v 1、v 2,近地点到地心的距离为r ,地球质量为M ,引力常量为G .则( ) 图1 A.v 1>v 2,v 1=GM r B.v 1>v 2,v 1> GM r C.v 1<v 2,v 1=GM r D.v 1<v 2,v 1> GM r 答案 B 解析 根据开普勒第二定律知,v 1>v 2,在近地点画出近地圆轨道,由GMm r 2=m v 2 r 可知,过近地点做 匀速圆周运动的速度为v =GM r ,由于“东方红一号”在椭圆轨道上运动,所以v 1>GM r ,故B 正确. 2.(2019·北京市石景山区一模)两个质量不同的天体构成双星系统,它们以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动,下列说法正确的是( ) A.质量大的天体线速度较大

B.质量小的天体角速度较大 C.两个天体的向心力大小一定相等 D.两个天体的向心加速度大小一定相等 答案 C 解析 双星系统的结构是稳定的,故它们的角速度相等,故B 项错误;两个星球间的万有引力提供向心力,根据牛顿第三定律可知,两个天体的向心力大小相等,而天体质量不一定相等,故两个天体的向心加速度大小不一定相等,故C 项正确,D 错误;根据牛顿第二定律有: G m 1m 2L 2=m 1ω2r 1,Gm 1m 2L 2 =m 2ω2r 2,其中r 1+r 2=L 故r 1=m 2m 1+m 2L ,r 2=m 1m 1+m 2L ,故v 1v 2=r 1r 2=m 2m 1 故质量大的天体线速度较小,故A 错误. 3.(2019·定州中学期末)如图2,“嫦娥三号”探测器经轨道 Ⅰ 到达P 点后经过调整速度进入圆轨道 Ⅱ,再经过调整速度变轨进入椭圆轨道Ⅲ,最后降落到月球表面上.下列说法正确的是( ) 图2 A.“嫦娥三号”在地球上的发射速度大于11.2 km/s B.“嫦娥三号”由轨道Ⅰ经过P 点进入轨道Ⅱ时要加速 C.“嫦娥三号”在轨道Ⅲ上经过P 点的速度大于在轨道Ⅱ上经过P 点的速度 D.“嫦娥三号”稳定运行时,在轨道Ⅱ上经过P 点的加速度与在轨道Ⅲ上经过P 点的加速度相等 答案 D 4. 如图3所示,发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q 点,轨道2、3相切于P 点,则当卫星分别在1、2、3轨道正常运行时,下列说法中不正确的是( )

2020学年高一物理力学专题提升专题19双星和多星问题

专题19 双星和多星问题 【专题概述】 1.双星模型 (1)定义:绕公共圆心转动的两个星体组成的系统,我们称之为双星系统,如图所示. (2)特点: ①各自所需的向心力由彼此间的万有引力相互提供,即 Gm 1m 2L 2=m 1ω 21r 1,Gm 1m 2L 2=m 2ω 22r 2 ②两颗星的周期及角速度都相同,即 T 1=T 2,ω1=ω2 ③两颗星的半径与它们之间的距离关系为:r 1+r 2=L (3)两颗星到圆心的距离r 1、r 2与星体质量成反比,即m 1m 2=r 2r 1. 2.多星模型 (1)定义:所研究星体的万有引力的合力提供做圆周运动的向心力,除中央星体外,各星体的角速度或周期相同. (2)三星模型: ①三颗星位于同一直线上,两颗环绕星围绕中央星在同一半径为R 的圆形轨道上运行(如图甲所示). ②三颗质量均为m 的星体位于等边三角形的三个顶点上(如图乙所示). (3)四星模型: ①其中一种是四颗质量相等的恒星位于正方形的四个顶点上,沿着外接于正方形的圆形轨道做匀速圆周运动(如图丙所示). ②另一种是三颗恒星始终位于正三角形的三个顶点上,另一颗位于中心O ,外围三颗星绕O 做匀速圆周运动(如图丁所示). 【典例精讲】 1. 双星问题 典例1:2016年2月11日,美国科学家宣布探测到引力波的存在,引力波的发现将为人类探索宇宙提供新视角,这是一个划时代的发现.在如图所示的双星系统中,A 、B 两个恒星靠着相互之间的引力正在做匀速圆周运动,已知恒星A 的质量为太阳质量的29倍,恒星B 的质量为太阳质量的36倍,两星之间的距离L =2×105 m ,太阳质量M =2×1030 kg ,引力常量G =6.67×10-11 N·m 2/kg 2,π2 =10.若两星在环绕过程中会辐射出引力波,该引力波的频率与两星做圆周运动的频率具有相同的数量级,则根据题目所给信息估

高考物理计算题复习《双星问题》(解析版)

《双星问题》 一、计算题 1.神奇的黑洞是近代引力理论所预言的一种特殊天体,探寻黑洞的方案之一是观测双 星系统的运动规律。天文学家观测河外星系人麦析伦云时,发现了双星系统,它由可见星A和不可见的暗星B构成,两星视为质点,不考虑其它星体的影响,A、B围绕两者连线上的O点做匀速圆周运动,它们之间的距离保持不变,如图所示。引力常量为G,由观测能够得到可见星A的速率v和运行周期T。 可见星A所受暗星B的引力FA可等效为位于O点处质量为的星体可视为质点对它的引力,设A和B的质量分别为,,试求用、表示 求暗星B的的质量与可见星A的速率v、运行周期T和质量之间的关系式。 要求等号左边只含有和,,等号右边为其它量 2.众多的恒星组成不同层次的恒星系统,最简单的恒星系统是两颗互相绕转的双星, 如下图所示,两星各以一定速率绕其连线上某一点匀速转动,这样才不至于因万有引力作用而吸引在一起,已知双星质量分别为、,它们间的距离始终为L,引力常数为G,求: 双星旋转的中心O到的距离;

双星的转动周期。 3.天文观测中发现宇宙中存在着“双星”,所谓双星,是两颗质量相近,分别为和 的恒星,它们的距离为r,而r远远小于它们跟其它天体之间的距离,这样的双星将绕着它们的连线上的某点O作匀速圆周运动.求: 这两颗星到O点的距离、各是多大 双星的周期. 4.现代观测表明,由于引力的作用,恒星有“聚焦”的特点,众多的恒星组成不同层 次的恒星系统,最简单的恒星系统是两颗互相绕转的双星.它们以两者连线上的某点为圆心做匀速圆周运动,这样就不至于由于万有引力的作用而吸引在一起.如图所示,设某双星系统中的两星、的质量分别为m和2m,两星间距为L,在相互间万有引力的作用下,绕它们连线上的某点O转动.已知引力常量G,求: 、两星之间的万有引力大小; 星到O点的距离; 它们运动的周期.

高中物理天体运动多星问题

双星模型、三星模型、四星模型 天体物理中的双星,三星,四星,多星系统是自然的天文现象,天体之间的相互作用遵循万有引力的规律,他们的运动规律也同样遵循开普勒行星运动的三条基本规律。双星、三星系统的等效质量的计算,运行周期的计算等都是以万有引力提供向心力为出发点的。双星系统的引力作用遵循牛顿第三定律:F F =',作用力的方向在双星间的连线上,角速度相等,ωωω==21。 【例题1】天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星。双星系统在银河系中很普遍。利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量。已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动,周期均为T ,两颗恒星之间的距离为r ,试推算这个双星系统的总质量。(引力常量为G ) 【解析】:设两颗恒星的质量分别为m 1、m 2,做圆周运动的半径分别为r 1、r 2,角速度分别 为ω1、ω2。根据题意有 21ωω= ① r r r =+21 ② 根据万有引力定律和牛顿定律,有 G 12112 2 1r w m r m m = ③ G 12 212 21r w m r m m = ④ 联立以上各式解得 2 121m m r m r += ⑤ 根据解速度与周期的关系知 T πωω221= = ⑥ 联立③⑤⑥式解得 3 22214r G T m m π=+ 【例题2】天体运动中,将两颗彼此相距较近的行星称为双星,它们在万有引力作用下间距始终保持不变,并沿半径不同的同心轨道作匀速园周运动,设双星间距为L ,质量分别为M 1、M 2,试计算(1)双星的轨道半径(2)双星运动的周期。 解析:双星绕两者连线上某点做匀速圆周运动,即:

先天排龙诀

先天排龙诀 一)、排龙与山、向 排龙诀是属先天,而立向是属后天。先天为阳,后天为阴。所以玄空风水学要求便是阴阳相应。在玄空风水学中一般都把星盘的向盘作为财禄,而把山星作为人丁来看。 山星并非全主人丁,而真正关健管人丁兴败的是排龙诀。而后天的星盘是管财禄。若排至凶龙,就算后天立向得旺山旺向,室外形峦配合的再好。一待运退必有凶败之事发生。因今人重财,若用后天星盘立向尚非全错,但一不巧排至凶龙者,虽发财而人口亦不安稳,运退时朝富而夕贫者亦不在少数。难得象古人有一家数代不替而成家族。 但山星在后天星盘中并非全管人丁,但其主管是何?关于此点可以用一比喻来形容。山星是静而不动,可以比喻成一个人的内脏,而水星动而不静可以喻为血管。若水星生旺,则血管必为通畅,输血及输送营养之功能齐全,但山星衰败,则内脏不良,纵有最好的营养亦不能吸收。所山星的作用主要是用来收气,藏气。其功能便是藏风聚气。故山星生旺能藏住阳宅之气,若衰弱则收不住气,关健还是看藏或散是何

气?生气还是死气?此则山星在星盘中之用。所以在布房时要用山星之生旺星(以先视地全局之星盘如何分布),通道 要用水星之生旺星曜(以私室之星盘论之),其目的就在于 把生旺之气流通至能藏风聚气的房间,这样人丁才能兴旺,财运才会更佳。 而排龙诀则为一地之本质,若用比喻来言,如一块玉的先天(排龙)本质较好,所以可以通过后天(立向)的雕磨而成器。若此玉先天本质以不佳,纵经后天的雕磨装饰后看上去是块美玉,但时间一长又退回其本色,终成不了大器。 先天排龙诀管人丁到底与后天的山盘管人丁到底有何区别?二者影响范围不尽相同。 若为阴宅而论,山盘上山星下水及有不良形峦影响时此时会影响此山星星曜所应的克应,如七运山星七赤下水,则不利小女小房,如形峦不良则会出伶妓等克应,所以后天的山星犯凶时影响丁星的局面较小。但若整个阴宅全排到凶龙,如七运排至禄存龙,则会影响到此阴宅所有的子孙后代都不兴旺,更要视后天星盘的形峦是否相配,若形峦兼顾当运不败,运退后必败;若后天星盘上山下水形理互背,则此家族当运必败,影响到全家之人。 阳宅亦是同理,山星局面小,排龙福祸所系此宅之全部之人,

【2019最新】高一物理力学专题提升专题19双星和多星问题

【2019最新】高一物理力学专题提升专题19双星和多星问题 【专题概述】 1.双星模型 (1)定义:绕公共圆心转动的两个星体组成的系统,我们称之为双星系统,如图所示. (2)特点: ①各自所需的向心力由彼此间的万有引力相互提供,即 Gm1m2 =m1ωr1,=m2ωr2 L2 ②两颗星的周期及角速度都相同,即 T1=T2,ω1=ω2 ③两颗星的半径与它们之间的距离关系为:r1+r2=L (3)两颗星到圆心的距离r1、r2与星体质量成反比,即=. 2.多星模型 (1)定义:所研究星体的万有引力的合力提供做圆周运动的向心力,除中央星体外,各星体的角速度或周期相同. (2)三星模型: ①三颗星位于同一直线上,两颗环绕星围绕中央星在同一半径为R的圆形轨道上运行(如图甲所示). ②三颗质量均为m的星体位于等边三角形的三个顶点上(如图乙所示). (3)四星模型:

①其中一种是四颗质量相等的恒星位于正方形的四个顶点上,沿着外接于正方形的圆形轨道做匀速圆周运动(如图丙所示). ②另一种是三颗恒星始终位于正三角形的三个顶点上,另一颗位于中心O,外围三颗星绕O做匀速圆周运动(如图丁所示). 【典例精讲】 1. 双星问题 典例1:2016年2月11日,美国科学家宣布探测到引力波的存在,引力波的发现将为人类探索宇宙提供新视角,这是一个划时代的发现.在如图所示的双星系统中,A、B两个恒星靠着相互之间的引力正在做匀速圆周运动,已知恒星A 的质量为太阳质量的29倍,恒星B的质量为太阳质量的36倍,两星之间的距离L=2×105 m,太阳质量M=2×1030 kg,引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2,π2=10.若两星在环绕过程中会辐射出引力波,该引力波的频率与两星做圆周运动的频率具有相同的数量级,则根据题目所给信息估算该引力波频率的数量级是( ) A.102 Hz B.104 Hz C.106 Hz D.108 Hz 【答案】A 由①得T=, 则f===Hz≈1.6×102 Hz. 典例2:经过用天文望远镜长期观测,人们在宇宙中已经发现了许多双星系统,通过对它们的研究,使我们对宇宙中物质的存在形式和分布情况有了较深刻的认识,双星系统由两个星体组成,其中每个星体的线度都远小于两星体之间的

专题2.9 双星与天体追及相遇问题(解析版)

高考物理备考微专题精准突破 专题2.9 双星与天体追及相遇问题 【专题诠释】 一、双星问题 (1)定义:绕公共圆心转动的两个星体组成的系统,我们称之为双星系统,如图所示. (2)特点: ①各自所需的向心力由彼此间的万有引力相互提供,即Gm 1m 2L 2=m 1ω21r 1,Gm 1m 2 L 2=m 2ω22r 2 . ②两颗星的周期及角速度都相同,即 T 1=T 2,ω1=ω2. ③两颗星的半径与它们之间的距离关系为:r 1+r 2=L . (3)两颗星到圆心的距离r 1、r 2与星体质量成反比,即m 1m 2=r 2 r 1. 二、卫星中的“追及相遇”问题 某星体的两颗卫星之间的距离有最近和最远之分,但它们都处在同一条直线上.由于它们的轨道不是重合的,因此在最近和最远的相遇问题上不能通过位移或弧长相等来处理,而是通过卫星运动的圆心角来衡量,若它们的初始位置与中心天体在同一直线上,内轨道所转过的圆心角与外轨道所转过的圆心角之差为π的整数倍时就是出现最近或最远的时刻. 【高考领航】 【2018·高考全国卷Ⅰ】2017年,人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波.根据科学家们复原的 过程,在两颗中子星合并前约100 s 时,它们相距约400 km ,绕二者连线上的某点每秒转动12圈.将两颗 中子星都看作是质量均匀分布的球体,由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识,可以估算出这一 时刻两颗中子星 ( ) A .质量之积 B .质量之和 C .速率之和 D .各自的自转角速度 【答案】 BC 【解析】 两颗中子星运动到某位置的示意图如图所示.

每秒转动12圈,角速度已知, 中子星运动时,由万有引力提供向心力得 Gm 1m 2 l 2=m 1ω2r 1① Gm 1m 2 l 2=m 2ω2r 2② l =r 1+r 2③ 由①②③式得G (m 1+m 2)l 2=ω2 l ,所以m 1+m 2=ω2l 3 G , 质量之和可以估算. 由线速度与角速度的关系v =ωr 得 v 1=ωr 1④ v 2=ωr 2⑤ 由③④⑤式得v 1+v 2=ω(r 1+r 2)=ωl ,速率之和可以估算. 质量之积和各自自转的角速度无法求解. 【技巧方法】 1.双星问题求解思维引导 2.对于天体追及问题的处理思路 (1)根据GMm r 2=mrω2,可判断出谁的角速度大; (2)根据天体相距最近或最远时,满足的角度差关系进行求解. 【最新考向解码】 【例1】(2019·山东恒台一中高三上学期诊断考试)2017年8月28日,中科院南极天文中心的巡天望远镜观测到一个由双中子星构成的孤立双星系统产生的引力波。该双星系统以引力波的形式向外辐射能量,使得

宇宙中的双星及多星问题

【宇宙中的双星及多星问题】 宇宙中,因天体间的相互作用而呈现出诸如双星、三星、四星及多星系统组成的自然天文现象,天体之间相互作用遵循万有引力的规律,他们的运动规律也同样遵循开普勒行星运 动的三条基本规律。 现代实验观测表明,在天体运动中,将两颗彼此距离较近而绕同一点做圆周运动的行星称为双星模型。而三星、四星等多星模型则是指彼此相互依存和相互作用且围绕某一点作圆周运动的行星。多星系统问题的求解方法仍然是建立万有引力方程和牛顿第二定律方程。由于多星间的引力和运动情况特殊性,从而产生了很多有趣的天文现象。 一、双星问题 近年来,天文学家们发现,大部分已知恒星都存在于双星甚至多星系统中。双星对于天体物理尤其重要,因为两颗星的质量可从通过观测旋转轨道确定。这样,很多独立星体的质量也可以推算出来。 在银河系中,双星的数量非常多,估计不少于单星。研究双星,不但对于了解恒星形成和演化过程的多样性有重要的意义,而且对于了解银河系的形成和演化,也是一个不可缺少的方面。双星系统具有如下特点: (1)它们以相互间的万有引力来提供向心力。 (2)它们共同绕它们连线上某点做圆周运动。 (3)它们的周期、角速度相同。 例题1:(2013?山东)双星系统由两颗恒星组成,两恒星在相互引力的作用下,分别 围绕其连线上的某一点做周期相同的匀速圆周运动.研究发现,双星系统演化过程中,两星的总质量、距离和周期均可能发生变化.若某双星系统中两星做圆周运动的周期为T,经过一段时间演化后,两星总质量变为原来的k倍,两星之间的距离变为原来的n 倍,DC运动的周期为() 解:设m 1的轨道半径为R 1 ,m 2 的轨道半径为R 2 .由于它们之间的距离恒定,因此双星 在空间的绕向一定相同,同时角速度和周期也都相同.由向心力公式可得:

高中物理复习 双星问题,天体追击

一、双星问题 1.模型构建:在天体运动中,将两颗彼此相距较近,且在相互之间万有引力作用下绕两者连线上的某点做角速度、 周期相同的匀速圆周运动的恒星称为双星。 2.模型条件: (1)两颗星彼此相距较近。 (2)两颗星靠相互之间的万有引力提供向心力做匀速圆周运动。 (3)两颗星绕同一圆心做圆周运动。 3.模型特点: (1)“向心力等大反向”——两颗星做匀速圆周运动的向心力由它们之间的万有引力提供。 (2)“周期、角速度相同”——两颗恒星做匀速圆周运动的周期、角速度相等。 (3)三个反比关系:m1r1=m2r2;m1v1=m2v2;m1a1=m2a2 推导:根据两球的向心力大小相等可得,m1ω2r1=m2ω2r2,即m1r1=m2r2;等式m1r1=m2r2两边同乘以角速度ω,得m1r1ω=m2r2ω,即m1v1=m2v2;由m1ω2r1=m2ω2r2直接可得,m1a1=m2a2。 (4)巧妙求质量和:Gm1m2 L2 =m1ω2r1① Gm1m2 L2 =m2ω2r2②由①+②得: G m1+m2 L2 =ω2L ∴m1+m2= ω2L3 G 4. 解答双星问题应注意“两等”“两不等” (1)“两等”: ①它们的角速度相等。②双星做匀速圆周运动向心力由它们之间的万有引力提供,即它们受到的向心力大小总是相等。 (2)“两不等”:①双星做匀速圆周运动的圆心是它们连线上的一点,所以双星做匀速圆周运动的半径与双星间的距离是不相等的,它们的轨道半径之和才等于它们间的距离。 ②由m1ω2r1=m2ω2r2知由于m1与m2一般不相等,故r1与r2一般也不相等。 二、多星模型 (1)定义:所研究星体的万有引力的合力提供做圆周运动的向心力,除中央星体外,各星体的角速度或周期相同. (2)三星模型:①三颗星位于同一直线上,两颗环绕星围绕中央星在同一半径为R的圆形轨道上运行(如图甲所示). ②三颗质量均为m的星体位于等边三角形的三个顶点上(如图乙所示). (3)四星模型:①其中一种是四颗质量相等的恒星位于正方形的四个顶点上,沿着外接于正方形的圆形轨道做匀速圆周运动(如图丙). ②另一种是三颗恒星始终位于正三角形的三个顶点上,另一颗位于中心O,外围三颗星绕O做匀速圆周运动(如图丁所示). 三、卫星的追及相遇问题 1、某星体的两颗卫星从相距最近到再次相距最近遵从的规律: 内轨道卫星所转过的圆心角与外轨道卫星所转过的圆心角之差为2π的整数倍。 2、某星体的两颗卫星从相距最近到相距最远遵从的规律: 内轨道卫星所转过的圆心角与外轨道卫星所转过的圆心角之差为π的奇数倍。 3、对于天体追及问题的处理思路: (1)根据GMm r2 =mrω2,可判断出谁的角速度大;

变轨、双星-专题练习题

一、卫星的变轨问题 例1、2019年4月20日,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射第44颗北斗导航卫星,拉开了今年北斗全球高密度组网的序幕。北斗系统主要由离地面高度约为6R 的同步轨道卫星和离地面高度约为3R 的中圆轨道卫星组成(R 为地球半径),设表面重力加速度为g ,忽略地球自转。则( ) A B .中圆轨道卫星的运行周期大于24小时 C .中圆轨道卫星的向心加速度约为 16 g D .卫星从中轨道变到同步轨道需向前喷气 【答案】C 【解析】A .M 表示地球的质量,m 表示卫星的质量,根据万有引力提供向心力 22Mm v G m r r = 得 { v = 又地球表面的物体 02 Mm G m g R = 解得 v = 故A 错误; B .M 表示地球的质量,m 表示卫星的质量,根据万有引力提供向心力 2 22π()Mm G m r r T = 得 2T =

可知轨道半径越大则周期越大,所以中圆轨道卫星的运行周期小于同步卫星的周期24小时,故B 错误; C .在地球表面为m 0的物体,有 02 Mm G m g R = 中圆轨道卫星 22 316()GMm GMm ma R R R = =+ 则其向心加速度约为 16 g ,故C 正确; D .卫星的轨道越高,所以若卫星从中圆轨道变轨到同步轨道,需向后方喷气加速,故D 错误。 故选C 。 例2、(多选)发射地球同步卫星要经过三个阶段:先将卫星发射至近地圆轨道1,然后使其沿椭圆轨道2运行,最后将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q 点,轨道2、3相切于P 点,如图所示.当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法正确的是( ) A .卫星在轨道1上经过Q 点时的加速度等于它在轨道2上经过Q 点时的加速度 " B .卫星在轨道1上经过Q 点时的速度等于它在轨道2上经过Q 点时的速度大小 C .卫星在轨道3上受到的引力小于它在轨道1上受到的引力 D .卫星由2轨道变轨到3轨道在P 点要加速 【答案】ACD 【解析】A.根据万有引力提供向心力 2Mm G ma r =, 得 2 GM a r = , 所以卫星在轨道1上经过Q 点时的加速度等于它在轨道2上经过Q 点时的加速度.故 A 正确

36、万有引力(4)双星与多星问题 练习题 高中物理高考考点知识点微专题天天练每天30分钟【含答案详解】

36、万有引力(4)双星与多星问题 1. “双星体系”由两颗相距较近的恒星组成,每个恒星的半径远小于两个星球之间的距离,而且双星系统一般远离其他天体.如图1所示,相距为L 的A 、B 两恒星绕共同的圆心O 做圆周运动,A 、B 的质量分别为m 1、m 2,周期均为T .若有间距也为L 的双星C 、D ,C 、D 的质量分别为A 、B 的两倍,则( ) 图1 A .A 、 B 运动的轨道半径之比为m 1m 2 B .A 、B 运动的速率之比为 m 1 m 2 C .C 运动的速率为A 的2倍 D .C 、D 运动的周期均为 22 T 2.(多选)太空中存在一些离其他恒星很远的、由三颗星体组成的三星系统,可忽略其他星体对它们的引力作用.已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式:一种是直线三星系统——三颗星体始终在一条直线上;另一种是三角形三星系统——三颗星体位于等边三角形的三个顶点上.已知某直线三星系统A 每颗星体的质量均为m ,相邻两颗星中心间的距离都为R ;某三角形三星系统B 的每颗星体的质量恰好也均为m ,且三星系统A 外侧的两颗星体做匀速圆周运动的周期和三星系统B 每颗星体做匀速圆周运动的周期相等.引力常量为G ,则( ) A .三星系统A 外侧两颗星体运动的线速度大小为v =Gm R B .三星系统A 外侧两颗星体运动的角速度大小为ω=12R 5Gm R C .三星系统B 的运动周期为T =4πR R 5Gm D .三星系统B 任意两颗星体中心间的距离为L =312 5 R 3.(多选) 冥王星和其附近的星体卡戎的质量分别为M 、m (m

天体运动中的双星问题

天体运动中的双星问题 1.我们的银河系的恒星中大约四分之一是双星。某双星是由质量不等的星体S1和S2构成,两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点C做匀速圆周运动。由天文观察 测得其运动周期为T,S1到C点的距离为r1,S1和S2的距离为r,已知引力常量为G。由此 可求出S2的质量为 C. D. 2.经长期观测人们在宇宙中已经发现了“双星系统”,“双星系统”由两颗相距较近的恒星组成,每个恒星的线速度远小于两个星体之间的距离,而且双星系统一般远离其他天体。如图所示,两颗星球组成的双星,在相互之间的万有引力作用下,绕连线上的O点做周期 相同的匀速圆周运动。现测得两颗星之间的距离为L,质量之比为m1︰m2=3︰2。则可 知 A.m1︰m2做圆周运动的角速度之比为2︰3 B.m1︰m2做圆周运动的线速度之比为3︰2 C.m1做圆周运动的半径为 D.m 2做圆周运动的半径为 3.月球与地球质量之比约为1∶80,有研究者认为月球和地球可视为一个由两质点构成 的双星系统,它们都围绕月地连线上某点O做匀速圆周运动。据此观点,可知月球与地球 绕O点运动的线速度大小之比约为 A 1∶6400 B 1∶80 C 80∶1 D 6400∶1 8.冥王星与其附近的另一星体卡戎可视为双星系统,质量比约为7∶1,同时绕它们连线 上某点O做匀速圆周运动,由此可知,冥王星绕O点运动的 A C.线速度大小约为卡戎的7倍 D.向心力大小约为卡戎的7倍 11.如图所示,质量分别为m和M的两个星球A和B在引力作用下都绕O点做匀速周运动,星球A和B两者中心之间距离为L。已知A、B的中心和O三点始终共线,A和B分别在O 的两侧。引力常数为G。 求两星球做圆周运动的周期; 1、设想把质量为m的物体,放到地球的中心,地球的质量为M,半径为R,

高一物理力学专题提升专题19双星和多星问题

专题19 双星和多星问题 【专题概述】 1.双星模型 (1)定义:绕公共圆心转动的两个星体组成的系统,我们称之为双星系统,如图所示. (2)特点: ①各自所需的向心力由彼此间的万有引力相互提供,即 Gm1m2L2=m 1ω 21r 1,Gm1m2 L2=m 2ω 22r 2 ②两颗星的周期及角速度都相同,即 T 1=T 2,ω1=ω2 ③两颗星的半径与它们之间的距离关系为:r 1+r 2=L (3)两颗星到圆心的距离r 1、r 2与星体质量成反比,即m1m2=r2 r1 . 2.多星模型 (1)定义:所研究星体的万有引力的合力提供做圆周运动的向心力,除中央星体外,各星体的角速度或周期相同. (2)三星模型: ①三颗星位于同一直线上,两颗环绕星围绕中央星在同一半径为R 的圆形轨道上运行(如图甲所示). ②三颗质量均为m 的星体位于等边三角形的三个顶点上(如图乙所示).

(3)四星模型: ①其中一种是四颗质量相等的恒星位于正方形的四个顶点上,沿着外接于正方形的圆形轨道做匀速圆周运动(如图丙所示). ②另一种是三颗恒星始终位于正三角形的三个顶点上,另一颗位于中心O,外围三颗星绕O做匀速圆周运动(如图丁所示). 【典例精讲】 1. 双星问题 典例1:2016年2月11日,美国科学家宣布探测到引力波的存在,引力波的发现将为人类探索宇宙提供新视角,这是一个划时代的发现.在如图所示的双星系统中,A、B两个恒星靠着相互之间的引力正在做匀速圆周运动,已知恒星A的质量为太阳质量的29倍,恒星B的质量为太阳质量的36倍,两星之间的距离L=2×105 m,太阳质量M=2×1030 kg,引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2,π2=10.若两星在环绕过程中会辐射出引力波,该引力波的频率与两星做圆周运动的频率具有相同的数量级,则根据题目所给信息估算该引力波频率的数量级是( ) A.102 Hz B.104 Hz C.106 Hz D.108 Hz 【答案】A

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