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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
研究天体运动规律
分子云中的致密气体和尘埃在引力作用下不断集聚逐渐形成恒星,恒星的演化会经历成年期(主序星)、中年期(红巨星、超巨星)、老年期$——$恒星最终的归宿与其质量有关,若质量为太阳质量的$1\sim 8$倍将坍缩成白矮星,质量为太阳质量的$10\sim 20$倍将坍缩成中子星,质量更大的恒星将坍缩成黑洞。假设恒星坍缩前后可看成质量均匀分布的球体,质量不变,体积缩小,自转变快。已知逃逸速度为第一宇宙速度的$\sqrt{2}$倍,中子星密度约为白矮星密度的$10^{8}$倍,白矮星半径约为中子星半径的$10^{3}$倍。根据万有引力理论,下列说法正确的是$(\qquad)$
恒星坍缩后的第一宇宙速度变大
","中子星的逃逸速度小于白矮星的逃逸速度
","同一恒星表面任意位置的重力加速度大小相同
","恒星坍缩后表面两极处的重力加速度变小
"]$\rm A$、对绕恒星运动的行星来说有$G\dfrac{Mm}{r^{2}} = m\dfrac{v^{2}}{r}$
当行星运动轨道半径为恒星的半径时,其速度为该恒星的第一宇宙速度,有$v = \sqrt{\dfrac{GM}{R}}$
由于恒星坍缩前后,其质量不变,体积缩小,即半径变小,所以恒星坍缩后的第一宇宙速度变大,故$\rm A$正确;
$\rm B$、由之前的分析可知,某星球的第一宇宙速度的为$v = \sqrt{\dfrac{GM}{R}}$
由于星球的质量可以表示为$M = \rho V = \rho \cdot \dfrac{4}{3}\pi R^{3}$
整理有$v = \sqrt{\dfrac{4G\rho\pi R^{2}}{3}}$
又因为,由题意可知,中子星密度约为白矮星密度的$10^{8}$倍,白矮星半径约为中子星半径的$10^{3}$倍,所以中子星的第一宇宙速度大于白矮星的第一宇宙速度。即
$v_{中}\gt v_{白}$
又因为已知逃逸速度为第一宇宙速度的$\sqrt{2}$倍,所以中子星的逃逸速度大于白矮星的逃逸速度,故$\rm B$错误;
$\rm D$、由于在恒星两极处,其物体不随恒星一起自转,所以其万有引力全部提供其重力,有$G\dfrac{Mm}{R^{2}} = mg$
整理有$g = \dfrac{GM}{R^{2}}$
由于恒星坍缩前后,其质量不变,体积缩小,即半径变小。所以恒星坍缩后表面两极处的重力加速度变大,故$\rm D$错误;
$\rm C$、恒星上某一位置的物体受到的万有引力有两个效果,一个是提供物体所恒星一起转动的向心力,一个是该物体所受的重力,即$G\dfrac{Mm}{R^{2}} = mg + m\dfrac{4\pi^{2}}{T^{2}}r$
由于在恒星表面不同位置,物体做圆周运动的半径不同,所以同一恒星表面任意位置的重力加速度大小不一定相同,故$\rm C$错误。
故选:$\rm A$。
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