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选修3-4
第十五章 相对论简介
15.4 广义相对论简介
广义相对论
行星在椭圆轨道绕日运行,卫星在椭圆轨道绕地运动,生活中也有类似的椭圆轨道运动,有时可将其视作圆周运动进行研究。
若将太阳系行星轨道近似视作圆,轨道平均半径为$R$和绕日公转周期为$T$,下列关于常用对数$lgR$与$lgT$的关系图像正确的是$(\qquad)$
根据开普勒第三定律有$\dfrac{a^{3}}{T^{2}}=k$
变形得$R^{3}=kT^{2}$
对两边取对数可得$3lg R=2lg T+lg k$
解得$lg R=\dfrac{2}{3}lg T+\dfrac{1}{3}lg k$。
故选:$\rm B$。
卫星绕地球运行的椭圆轨道如图,$a$、$b$、$c$、$d$为轨道上四点,$b$是$a$、$d$的中间位置,$c$是$b$、$d$的中间位置。则卫星$(\qquad)$
在$a$的速度等于在$d$的速度
","从$b$运动到$c$的时间等于从$c$运动到$d$的时间
","从$c$运动到$d$的过程,引力做负功
","从$b$运动到$c$的过程,引力势能减小
"]$\rm A$.根据开普勒第二定律可知,卫星在$a$点的速度最小,在$d$点的速度最大,即卫星在$a$的速度小于卫星在$d$的速度,故$\rm A$错误;
$\rm B$.卫星从$b$到$d$,运行速度越来越大,故从$b$运动到$c$的时间大于从$c$运动到$d$的时间,故$\rm B$错误;
$\rm C$.卫星从$c$运动到$d$的过程,运行速度越来越大,动能增加,故引力做正功,故$\rm C$错误;
$\rm D$.卫星从$b$运动到$c$的过程,,运行速度越来越大,动能增加,引力做正功,故引力势能减小,故$\rm D$正确。
故选:$\rm D$。
用国际单位制中的基本单位表示万有引力常量$G$的单位,为 。
根据万有引力定律$F= G\dfrac{m_{1}m_{2}}{r^{2}}$
变形得$G=\dfrac{Fr^{2}}{m_{1}m_{2}}$
可知用国际单位制中的基本单位表示万有引力常量$G$的单位为$\rm \dfrac{N \cdot m^{2}}{(kg)^{2}}=\dfrac{kg \cdot \text{m}/\text{s}^{2} \cdot m^{2}}{(kg)^{2}}=\rm \dfrac{m^{3}}{kg \cdot s^{2}}=m^{3} \cdot {kg}^{- 1} \cdot s^{- 2}$;
北斗卫星绕地球做高速椭圆轨道运动,只考虑地球引力场的广义相对论效应,星载原子钟比地面接收钟走时更 。(选涂“$\rm A$.快”或“ $\rm B$.慢”)
根据广义相对论,地面的引力场强于卫星所处位置的引力场,所以卫星里的时钟要比静止在地面的时钟走得快。
故选:$\rm A$。
如图($a$),场地自行车的赛车场为椭圆盆形,图($b$)是将最内侧弯道视作坡度为$30^\circ$斜坡的简化图。某时刻运动员在最内侧弯道的骑行速度为$20\;\rm m/s$,转弯半径为$54\;\rm m$,运动员和自行车整体$(\qquad)$
向心力方向沿水平方向
","沿坡道方向不受静摩擦力
","受到沿坡道向上的静摩擦力
","受到沿坡道向下的静摩擦力
"]某时刻运动员在最内侧弯道的骑行时恰好不受摩擦力作用,对运动员和自行车整体受力分析,如图所示
则有$m\dfrac{v_{0}^{2}}{r}=mg\tan 30^{{^\circ}}=\dfrac{\sqrt{3}}{3}mg$
而此时骑行速度为$v=20\;\rm m/s$,则向心力为$F=m\dfrac{v^{2}}{r}=\dfrac{20}{27}mg \gt m\dfrac{v_{0}^{2}}{r}=\dfrac{\sqrt{3}}{3}mg$
故运动员和自行车整体受到沿坡道向下的静摩擦力,且向心力方向沿水平方向。
故选:$\rm AD$。
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