高一物理必修2宇宙双星模型

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高一物理【双星问题】专题

高一物理【双星问题】专题1．双星模型宇宙中往往会有相距较近、质量相当的两颗星球，它们离其他星球都较远，因此其他星球对它们的万有引力可以忽略不计。

在这种情况下，它们将各自围绕它们连线上的某一固定点O 做同周期的匀速圆周运动。

这种结构叫作双星模型(如图所示)。

2．双星的特点(1)由于双星和该固定点O 总保持三点共线，所以在相同时间内转过的角度必然相等，即双星做匀速圆周运动的角速度必然相等，因此周期也必然相等。

(2)由于每颗星球的向心力都是由双星间相互作用的万有引力提供的，因此大小必然相等，即m 1ω2r 1＝m 2ω2r 2，又r 1＋r 2＝L (L 是双星间的距离)，可得r 1＝m 2m 1＋m 2L ，r 2＝m 1m 1＋m 2L ，即固定点离质量大的星球较近。

(3)列式时需注意：万有引力定律表达式中的r 表示双星间的距离，该处按题意应该是L ，而向心力表达式中的r 表示它们各自做圆周运动的轨道半径。

宇宙中两颗相距较近的天体称为双星，它们以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动，而不至于因相互之间的引力作用吸引到一起。

设两者相距为L ，质量分别为m 1和m 2。

(1)试证明它们的轨道半径之比、线速度之比都等于质量的反比； (2)试写出它们角速度的表达式。

[解析] 双星之间相互作用的引力满足万有引力定律，即F ＝G m 1m 2L 2，双星依靠它们之间相互作用的引力提供向心力，又因为它们以二者连线上的某点为圆心，所以半径之和为L 且保持不变，运动中角速度不变，如图所示。

(1)分别对m 1、m 2应用牛顿第二定律列方程，对m 1有G m 1m 2L 2＝m 1ω2r 1①对m 2有G m 1m 2L 2＝m 2ω2r 2②由①②得r 1r 2＝m 2m 1；由线速度与角速度的关系v ＝ωr ，得v 1v 2＝r 1r 2＝m 2m 1。

(2)由①得r 1＝Gm 2L 2ω2，由②得r 2＝Gm 1L 2ω2，又L ＝r 1＋r 2，联立以上三式得ω＝G (m 1＋m 2)L 3。

2021学年高中物理微专题四双星三星模型课件人教版必修2.ppt

(1)对第一种形式中 A 而言，B、C 对 A 的万有引力的合力提
供 A 做圆周运动的向心力，则有
GRm12 2＋G2Rm122＝mR1(2Tπ)2. (2)对第二种形式中 A 而言，B、C 对 A 的万有引力的合力提
供 A 做圆周运动的向心力，则有Gm2 r2源自cos30°＋Grm2 2
cos 30°＝mR22Tπ2
答案：BD
练 2 月球与地球质量之比约为 1:80，有研究者认为月球和
地球可视为一个双星系统，它们都围绕地月连线上某点 O 做匀
速圆周运动．据此观点，可知月球与地球绕 O 点运动线速度大
小之比约为( )
A．1:6 400 B．1:80
C．80:1
D．6 400:1
解析：月球和地球绕 O 点做匀速圆周运动，它们之间的万有引力提供各自的向心力，则地球和月球的向心力相等．且月球、地球和 O 点始终共线，说明月球和地球有相同的角速度和周期．因此有 mω2r＝Mω2R，所以vv′＝Rr ＝Mm，线速度和质量成反比．故选 C.
微专题(四) 双星、三星模型
模型建构
模型一双星模型
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星球称为双星．
2．模型特点：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．
【解析】双星系统周期相同(角速度相同)，所受万有引力作为向心力相同，所以 B 项错误，D 项正确；由 F＝mω2r，m1r1ω2＝ m2r2ω2，得 m1v1＝m2v2，vv12＝mm21＝23，A 项错误；rr12＝mm21又 r1＋r2＝L，

高中物理必修二新课改教材优化方案万有引力与宇宙航行卫星变轨及双星模型问题

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第七章万有引力与宇宙航行
6
(2)突变
由于技术上的需要，有时要在适当的位置短时间启动飞行器上的发动机, 使飞行器轨道发生突变，使其到达预定的轨道。
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第七章万有引力与宇宙航行
7
发射同步卫星时，通常先将卫星发送到近地轨道Ⅰ，使其绕地球做匀速
圆周运动，速率为v1，在P点第一次点火加速，在短时间内将速率由v1增加到v2，使卫星进入椭圆轨道Ⅱ；卫星运行到远地点Q时的速率为v3，此时进行第二次点火加速，在短时间内将速率由v3增加到v4，使卫星进入同步轨道Ⅲ，绕地球做匀速圆周运动。
Mm G r2
＝mvr2
，得 v＝
GM r
，半径
越大，线速度越小，B 错误；
根据开普勒第二定律，卫星与地球的连线在相同时间内扫过的面积相等, 由于P点与地球的连线较短，所以只有速度大才能在相等时间内扫过的面积相等，C正确；
由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ属于离心运动，需要加速才可实现，D正确。
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2．两种常见形式 (1)渐变由于某个因素的影响使卫星的轨道半径发生缓慢的变化，由于半径变化缓慢，卫星每一周的运动仍可以看成是匀速圆周运动。
①关键要点：轨道半径r减小(近心运动)。这种变轨运动的起因是阻力使卫星速度减小，所需要的向心力减小了，而万有引力大小没有变，因此卫星将做近心运动，即轨道半径r将减小。 ②各个物理参量的变化：当轨道半径r减小时,卫星线速度v、角速度ω、向心加速度a增大，周期T减小。
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第七章万有引力与宇宙航行
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假设中国火星探测器探测火星时，经历如图所示的变轨过程，下列说法正确的是( )

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 2L2＝m 2ω 22r 2 ②两颗星的周期及角速度都相同，即T 1＝T 2，ω1＝ω2③两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＝2×105m，太阳质量M＝2×1030kg，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由①得T ＝ 4π2L 3×3665GM B ，则f ＝1T＝GM B4π2L 3×3665＝6.67×10－11×36×2×103053×3665Hz≈1.6×102Hz. 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距离，一般双星系统距离其他星体很远，可以当成孤立系统来处理．现根据对某一双星系统的测量确定，该双星系统中每个星体的质量都是M ，两者相距L ，它们正围绕两者连线的中点做圆周运动．(1)计算出该双星系统的运动周期T ；(2)若该实验中观测到的运动周期为T 观测，且T 观测∶T ＝1∶N (N >1)．为了理解T 观测与T 的不同，目前有一种流行的理论认为，在宇宙中可能存在一种望远镜观测不到的暗物质．作为一种简化模型，我们假定在以这两个星体连线为直径的球体内均匀分布这种暗物质．若不考虑其他暗物质的影响，根据这一模型和上述观测结果确定该星系间这种暗物质的密度．【答案】(1)πL2LGM(2)N －M2πL32. 三星问题：典例3：由三颗星体构成的系统，忽略其他星体对它们的作用，存在着一种运动形式，三颗星体在相互之间的万有引力作用下，分别位于等边三角形的三个顶点上，绕某一共同的圆心O 在三角形所在的平面内做相同角速度的圆周运动(图为A、B、C三颗星体质量不相同时的一般情况)．若A星体质量为2m、B、C两星体的质量均为m，三角形的边长为a，求：(1)A星体所受合力大小F A；(2)B星体所受合力大小F B；(3)C星体的轨道半径R C；(4)三星体做圆周运动的周期T.【答案】(1)23G m2a2(2)7Gm2a2(3)74a(4)πa3Gm(3)由于m A ＝2m ，m B ＝m C ＝m通过分析可知，圆心O 在BC 的中垂线AD 的中点则R C ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫34a 2＋⎝ ⎛⎭⎪⎫12a 2＝74a (4)三星体运动周期相同，对C 星体，由F C ＝F B ＝7G m 2a 2＝m (2πT )2R C ，可得T ＝πa 3Gm. 典例4：宇宙间存在一些离其他恒星较远的三星系统，其中有一种三星系统如图所示，三颗质量均为m 的星位于等边三角形的三个顶点，三角形边长为R ，忽略其他星体对它们的引力作用，三星在同一平面内绕三角形中心O 做匀速圆周运动，万有引力常量为G ，则( )A ．每颗星做圆周运动的线速度为 Gm RB ．每颗星做圆周运动的角速度为 3GmR 3C ．每颗星做圆周运动的周期为2πR 33GmD ．每颗星做圆周运动的加速度与三星的质量无关【答案】ABC3. 四星问题：典例5：宇宙中存在一些质量相等且离其他恒星较远的四颗星组成的四星系统，通常可忽略其他星体对它们的引力作用．设四星系统中每个星体的质量均为m ，半径均为R ，四颗星稳定分布在边长为a 的正方形的四个顶点上．已知引力常量为G.关于宇宙四星系统，下列说法错误的是( )A ．四颗星围绕正方形对角线的交点做匀速圆周运动B ．四颗星的轨道半径均为C．四颗星表面的重力加速度均为D．四颗星的周期均为2πa【答案】B【总结提升】我们在解双星问题时应该有这样的思路：1 要明确双星中两个子星做匀速圆周运动的向心力来源。

高一物理必修二第六章专题强化4 卫星变轨问题和双星问题---学生版

专题强化4 卫星变轨问题和双星问题--学生版[学习目标] 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.一、人造卫星的变轨问题1.变轨问题概述(1)稳定运行卫星绕天体稳定运行时，万有引力提供了卫星做圆周运动的向心力，即G Mm r 2＝m v 2r. (2)变轨运行卫星变轨时，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 v 2r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 2r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.2.实例分析(1)飞船对接问题飞船与在轨空间站对接先使飞船位于较低轨道上，然后让飞船合理地加速，使飞船沿椭圆轨道做离心运动，追上高轨道飞船完成对接(如图1甲所示).注意：若飞船和空间站在同一轨道上，飞船加速时无法追上空间站，因为飞船加速时，将做离心运动，从而离开这个轨道.通常先使后面的飞船减速降低高度，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，如图乙.图1(2)同步卫星的发射、变轨问题如图2所示，发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，在Q 点点火加速做离心运动进入椭圆轨道2，在P 点点火加速，使其满足GMm r 2＝m v 2r，进入同步圆轨道3做圆周运动.图2例1 (2019·通许县实验中学期末)如图3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3A.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 点时的加速度针对训练 (多选)(2019·定远育才实验学校期末)航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A 点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B 为轨道Ⅱ上的一点，如图4所示.关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有( )图4A.在轨道Ⅱ上经过A 的速度小于经过B 点的速度B.在轨道Ⅱ上经过A 的速度小于在轨道Ⅰ上经过A 的速度C.在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期D.在轨道Ⅱ上经过A 的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A 的加速度二、双星或多星问题1.双星模型(1)如图5所示，宇宙中有相距较近、质量相差不大的两个星球，它们离其他星球都较远，其他星球对它们的万有引力可以忽略不计.在这种情况下，它们将围绕其连线上的某一固定点做周期相同的匀速圆周运动，通常，我们把这样的两个星球称为“双星”.图5(2)双星问题的特点①两星围绕它们之间连线上的某一点做匀速圆周运动，两星的运行周期、角速度相同. ②两星的向心力大小相等，由它们间的万有引力提供.③两星的轨道半径之和等于两星之间的距离，即r 1＋r 2＝L .(3)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Gm 1m 2L 2＝m 1ω2r 1，G m 1m 2L2＝m 2ω2r 2. 2.多星系统在宇宙中存在类似于“双星”的系统，如“三星”、“四星”等多星系统，在多星系统中：(1)各个星体做圆周运动的周期、角速度相同.(2)某一星体做圆周运动的向心力是由其他星体对它引力的合力提供的.例2 两个靠得很近的天体，离其他天体非常遥远，它们以其连线上某一点O 为圆心各自做匀速圆周运动，两者的距离保持不变，科学家把这样的两个天体称为“双星”，如图6所示.已知双星的质量分别为m 1和m 2，它们之间的距离为L ，引力常量为G ，求双星的运行轨道半径r 1和r 2及运行周期T .图6例3 宇宙间存在一些离其他恒星较远的三星系统，如图7所示，三颗质量均为m 的星位于等边三角形的三个顶点，三角形边长为L ，忽略其他星体对它们的引力作用，三星在同一平面内绕三角形中心O做匀速圆周运动，引力常量为G，下列说法正确的是()图7A.每颗星做圆周运动的角速度为Gm L3B.每颗星做圆周运动的加速度与三星的质量无关C.若距离L和每颗星的质量m都变为原来的2倍，则周期变为原来的2倍D.若距离L和每颗星的质量m都变为原来的2倍，则线速度变为原来的4倍1.(卫星变轨问题)(2019·启东中学高一下学期期中)2019年春节期间，中国科幻电影里程碑的作品《流浪地球》热播，影片中为了让地球逃离太阳系，人们在地球上建造特大功率发动机，使地球完成一系列变轨操作，其逃离过程如图8所示，地球在椭圆轨道Ⅰ上运行到远日点B变轨，进入圆形轨道Ⅱ.在圆形轨道Ⅱ上运行到B点时再次加速变轨，从而最终摆脱太阳束缚.对于该过程，下列说法正确的是()图8A.沿轨道Ⅰ运动至B点时，需向前喷气减速才能进入轨道ⅡB.沿轨道Ⅰ运行的周期小于沿轨道Ⅱ运行的周期C.沿轨道Ⅰ运行时，在A点的加速度小于在B点的加速度D.在轨道Ⅰ上由A点运行到B点的过程，速度逐渐增大2.(卫星、飞船的对接问题)如图9所示，我国发射的“神舟十一号”飞船和“天宫二号”空间实验室于2016年10月19日自动交会对接成功.假设对接前“天宫二号”与“神舟十一号”都围绕地球做匀速圆周运动，为了实现飞船与空间实验室的对接，下列措施可行的是( )图9A.使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后飞船加速追上空间实验室实现对接B.使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后空间实验室减速等待飞船实现对接C.飞船先在比空间实验室轨道半径小的轨道上加速，加速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接D.飞船先在比空间实验室轨道半径小的轨道上减速，减速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接3.(双星问题)冥王星与其附近的另一星体卡戎可视为双星系统，冥王星与星体卡戎的质量比约为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.轨道半径约为卡戎的17B.角速度大小约为卡戎的17C.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4.(双星问题)(多选)宇宙中两颗相距很近的恒星常常组成一个双星系统.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，若已知某双星系统的运转周期为T ，两星到共同圆心的距离分别为R 1和R 2，引力常量为G ，那么下列说法正确的是( )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4π2(R 1＋R 2)3GT 2C.这两颗恒星的质量之比m 1∶m 2＝R 2∶R 1D.其中必有一颗恒星的质量为4π2R 1(R 1＋R 2)2GT 2一、选择题1.(2019·江苏卷)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v1、v2，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1A.v1＞v2，v1＝GM rB.v1＞v2，v1＞GM rC.v1＜v2，v1＝GM rD.v1＜v2，v1＞GM r2.(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3.(2019·定州中学期末)如图2所示，“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2A.“嫦娥三号”在地球上的发射速度大于11.2 km/sB.“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4.(多选)如图3所示，a 、b 、c 是在地球大气层外圆形轨道上运行的3颗人造卫星，下列说法正确的是( )图3A.b 、c 的线速度大小相等，且大于a 的线速度B.a 加速可能会追上bC.c 加速可追上同一轨道上的b ，b 减速可等到同一轨道上的cD.a 卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小，仍做匀速圆周运动，则其线速度将变大5.(2019·杨村一中期末)如图4所示，两颗星球组成的双星，在相互之间的万有引力作用下，绕其连线上的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4A.m 1、m 2做圆周运动的线速度之比为3∶2B.m 1、m 2做圆周运动的角速度之比为3∶2C.m 1做圆周运动的半径为25L D.m 2做圆周运动的半径为25L6.(2019·榆树一中期末)如图5所示，我国发射“神舟十号”飞船时，先将飞船发送到一个椭圆轨道上，其近地点M 距地面200 km ，远地点N 距地面340 km.进入该轨道正常运行时，通过M 、N 点时的速率分别是v 1和v 2，加速度大小分别为a 1和a 2.当某次飞船通过N 点时，地面指挥部发出指令，点燃飞船上的发动机，使飞船在短时间内加速后进入离地面340 km 的圆形轨道，开始绕地球做匀速圆周运动，这时飞船的速率为v 3，加速度大小为a 3，比较飞船在M 、N 、P 三点正常运行时(不包括点火加速阶段)的速率和加速度大小，下列结论正确的是( )图5A.v 1＞v 3＞v 2，a 1＞a 3＞a 2B.v 1＞v 2＞v 3，a 1＞a 2＝a 3C.v 1＞v 2＝v 3，a 1＞a 2＞a 3D.v 1＞v 3＞v 2，a 1＞a 2＝a 37.我国未来将建立月球基地，并在绕月轨道上建造空间站.如图6所示，关闭发动机的航天飞机仅在月球引力作用下沿椭圆轨道向月球靠近，并将在椭圆的近月点B 处与空间站对接.已知空间站C 绕月轨道半径为r ，周期为T ，引力常量为G ，月球的半径为R .那么以下选项正确的是( )图6A.月球的质量为4π2r 3GT 2 B.航天飞机到达B 处由椭圆轨道进入空间站圆轨道时必须加速C.航天飞机从A 处到B 处做减速运动D.月球表面的重力加速度为4π2R T 28.(2019·武邑中学调研)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之间的距离为r ，已知引力常量为G ，由此可求出S 2的质量为( )A.4π2r 2(r －r 1)GT 2B.4π2r 13GT 2C.4π2r 3GT2 D.4π2r 2r 1GT 29.(多选)如图7所示，在嫦娥探月工程中，设月球半径为R ，月球表面的重力加速度为g 0.飞船在半径为4R 的圆形轨道Ⅰ上运动，到达轨道的A 点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道的近月点B 时，再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动，忽略月球的自转，则( )图7A.飞船在轨道Ⅲ上的运行速率大于g 0RB.飞船在轨道Ⅰ上的运行速率小于在轨道Ⅱ上B 处的运行速率C.飞船在轨道Ⅰ上的向心加速度小于在轨道Ⅱ上B 处的向心加速度D.飞船在轨道Ⅰ、轨道Ⅲ上运行的周期之比T Ⅰ∶T Ⅲ＝4∶110.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匀速圆周运动的周期为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，则此时匀速圆周运动的周期为( )A.n 3k 2T B.n 3k T C.n 2k T D.n kT11.(多选)(2019·雅安中学高一下学期期中)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8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，被吸食星体的质量远大于吸食星体的质量.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( )图8A.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断变大C.体积较大星体圆周运动轨迹半径变大D.体积较大星体圆周运动的线速度变大12.(2019·扬州中学模拟)进行科学研究有时需要大胆的想象，假设宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的四颗星组成的四星系统(忽略其他星体对它们的引力作用)，这四颗星恰好位于正方形的四个顶点上，并沿外接于正方形的圆形轨道运行，若此正方形边长变为原来的一半，要使此系统依然稳定存在，星体的角速度应变为原来的( )A.1倍B.2倍C.12倍 D.22倍二、非选择题13.中国自行研制、具有完全自主知识产权的“神舟号”飞船，目前已经达到或优于国际第三代载人飞船技术，其发射过程简化如下：飞船在酒泉卫星发射中心发射，由长征运载火箭送入近地点为A 、远地点为B 的椭圆轨道上，A 点距地面的高度为h 1，飞船飞行5圈后进行变轨，进入预定圆轨道，如图9所示.设飞船在预定圆轨道上飞行n 圈所用时间为t ，若已知地球表面重力加速度为g ，地球半径为R ，忽略地球的自转，求：图9(1)飞船在B 点经椭圆轨道进入预定圆轨道时是加速还是减速？(2)飞船经过椭圆轨道近地点A 时的加速度大小.(3)椭圆轨道远地点B 距地面的高度h 2.14.(2019·厦门一中模拟)如图10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点做匀速圆周运动，星球A和B两者中心之间距离为L.已知星球A、B的中心和O三.点始终共线，星球A和B分别在O的两侧.引力常量为G(1)求两星球做圆周运动的周期；(2)在地月系统中，若忽略其他星球的影响，可以将月球和地球看成上述星球A和B，月球绕其轨道中心运行的周期记为T1.但在近似处理问题时，常常认为月球是绕地心做圆周运动的，这样算得的运行周期记为T2.已知地球和月球的质量分别为5.98×1024kg 和7.35×1022 kg.求T2与T1两者平方之比.(计算结果保留四位有效数字)11。

第七章专题强化：双星或多星模型课件 -高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

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，
若已知某双星系统的运转周期为T，两星到共同圆心的距离分别为R1和R2，引力常量为G，那么下列说法正确的是
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4π2R1＋R23 GT 2
√C.这两颗恒星的质量之比m1∶m2＝R2∶R1 √D.其中必有一颗恒星的质量为4π2R1R1＋R22
一种三星系统如图所示.三颗质量均为m的星体位于等边三角形的三个顶点，三角形边长为R.忽略其他星体对它们的引力作用，三星在同一平面内绕三角形中心O做匀速圆周运动，万有引力常量为G，则
质量表达式为 M1＝ωG2L2R2＝4GπT2L22R2，M2＝ωG2L2R1＝4GπT2L22R1，两天体总质量表达式为 M1＋M2＝ωG2L3＝4GπT2L23，两天体的总质量不变，天体之间的距离 L 不变，因此天体的周期 T 和角速度 ω 也不变，质量较小的黑洞 M2 的质量增大，因此恒星的圆周运动半径增大，根据 v＝2πTR，可知，恒星的线速度增大，故 C 正确，D 错误。
1.(双星模型)(多选)有一对相互环绕旋转的超大质量双黑洞系统，如图所
示.若图中双黑洞的质量分别为M1和M2，它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动.根据所学知识，下列说法中正确的是
A.双黑洞的角速度之比ω1∶ω2＝M2∶M1
√B.双黑洞的轨道半径之比r1∶r2＝M2∶M1
C.双黑洞的线速度大小之比v1∶v2＝M1∶M2
30°＝2×GMRM2 ×
3＝ 2
3GMRM2 ，星体运动的轨道半径
r＝23Rcos30°＝23×R×
3＝ 2
33R，
万有引力提供向心力 F＝ 3GMRM2 ＝Mω2r，解得ω＝

双星模型知识点总结

双星模型知识点总结双星模型（Dual Star Model）是一种用于研究宇宙中双星系统的模型，这是一种包括一颗恒星和另一颗天体（通常是另一个恒星）的天体系统。

在宇宙中，双星系统是非常普遍的一种天体系统。

在这种系统中，两颗天体围绕着彼此运转，并由于引力相互作用而产生一系列复杂的现象。

因此，研究双星系统可以帮助我们更深入地了解宇宙的一些基本物理规律，例如引力相互作用、恒星演化、宇宙起源等。

双星系统的构成双星系统通常由两种类型的天体组成，分别为主要成员（Primary）和次要成员（Secondary）。

主要成员通常是一颗恒星，而次要成员则可以是其他类型的天体，例如行星、白矮星或中子星。

在一些情况下，双星系统的两颗天体都是恒星，这样的系统被称为双星。

双星的形成双星系统的形成有多种机制。

一种常见的形成机制是原始星团或星云中的恒星形成，这些恒星在形成过程中可能由于相互间的引力相互作用而形成双星系统。

另一种形成机制是两颗恒星在宇宙中产生的碰撞或者合并。

除此之外，还有一种形成机制是一颗恒星向另一颗恒星捕获而形成。

双星系统分类根据双星系统的性质和构成，我们可以根据多种分类方法对双星系统进行分类。

其中一个常见的分类方法是根据双星系统的物理间距来分类。

按照这种分类方法，双星系统可以被分为紧密双星系统和松散双星系统。

紧密双星系统是指两颗天体之间距离很近，它们之间的引力相互作用非常显著，造成一系列复杂的演化过程和现象。

而松散双星系统的两颗天体之间间距较大，它们之间引力相互作用较小。

另一个常见的分类方法是根据双星系统的构成类别来分类。

按照这种分类方法，我们可以将双星系统分为天体-恒星双星系统、恒星-恒星双星系统、行星-行星双星系统等等。

双星的运动规律双星系统的运动规律是由两颗天体间的引力相互作用决定的。

在双星系统中，两颗天体围绕着彼此运转。

根据牛顿引力定律，两颗天体之间的引力与它们之间的质量和距离成反比。

因此，双星系统中的天体将沿着椭圆轨道相互运转。

高中物理必修二：无中心天体——双星模型

（3）双星绕共同的中心转动，做
圆周运动时总是位于旋转中心的两侧，且三者在一条直线
学以致用
【例1】观测表明，由于万有引力，恒星有“聚集” 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双星，两颗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m1、m2，间距始终为 L，引力常量为G.
（2）设第二种情形下星体做圆周运动的半径为r
则相邻两星体间距离
则相邻FF两n 星G 体( 3m之3Fmr间)2 的m万Gr3mr有22T2引力2 为：
F s Fn
r
由以上三式可得:
S 3r 3 12 R 5
• [典例] (2012·重庆高考)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( )
G
m1m2 L2

m1

2
T
2

R1

m2

4 2L2R1
GT 2
同理对m2分析：m1

4 2L2R2
GT 2
m总

m1

m2

4 2L3
GT 2
R2 R1
认真体会万有引力公式中的r和向心力公式中的r的区别！
三星模型
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，可忽略其他星体对它们的引力.稳定的三星系统存在两种基本形式：一种是三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行；另一种是三颗星位于等边三角形的三个顶点上，并沿外接圆运行.
求：(1)双星旋转的中心O到

万有引力双星模型公式推导

万有引力双星模型公式推导万有引力双星模型是一种描述双星系统运动的模型，它基于万有引力定律，推导出了双星的轨道运动方程。

公式推导如下：假设双星系统的两颗星体分别为质量为m1和m2，它们之间的距离为r，两者之间的引力大小为F。

根据万有引力定律，F等于：F =G * m1 * m2 / r^2其中，G是万有引力常数，其数值为 6.67×10^-11 N·m^2/kg^2。

由牛顿第二定律，F等于m1*a1和m2*a2的和，其中a1和a2分别是两颗星体的加速度。

据此可以推导出两颗星体的运动方程：m1*a1 = G * m1 * m2 / r^2 * sin(theta)m2*a2 = G * m1 * m2 / r^2 * sin(theta)其中theta是引力方向与双星连线方向之间的夹角。

由于引力的大小相等，可以得到：m1*a1 = -m2*a2a1 = -a2将两个方程相加，并代入万有引力定律的公式，可以得到：a = G * (m1 + m2) / r^2这个方程描述着两颗星体的总加速度，也就是它们的轨道运动方程。

根据牛顿第二定律和牛顿运动定律，可以推导出它们的位置和速度随时间的变化：r = a * t^2 / 2 + r0v = a * t + v0其中r0和v0是初始位置和速度，a是上述方程的加速度，t是时间，r和v是时间t时刻时的位置和速度。

除了万有引力双星模型，还有一些其他的双星运动模型，如开普勒定律。

开普勒定律是描述行星轨道运动的，对于双星系统的描述并不准确。

然而，两种模型都有着广泛的应用，能够描述不同的天体运动情况，可用于计算和预测它们的运动轨迹和性质。

专题2 双星与多星系统(课件)高一物理(人教版2019必修第二册)

关于引力常量，下列说法正确的是（）
周运动，A运．在动国周际期单为位制T1中，，它引们力的常轨量在道数半值径上分等于别两为个R质A、量R是B，1kgR的A 质< 点R相B，距C1为m时B的万有卫引星力，的绕大B小做逆时针
B．在不同的单位制中，引力常量的数值是相同的
匀速圆周运动，周期C．为计T算2，不同忽物略体A间与相C之互作间用的的引万力有引，力万时引，力引力常常量量为的G值，是则不以同的下说法正确的是
）
则合A．力在大国际小单为C位．制计中算，不B引．同F力在B物x常不体量同间F在A的相B数c单互o值s位作上6制用0等中的于，万F两C引有B个力引质常力2量G量时是ma的，122数引kg值力的是常质相量点同的相的值距是1m不时同万的有引力的大小
D．若距离L不变，四颗星的质量m均变为2m，则在三角形顶点的三颗星角速度变为原来的2倍
课堂练习
【练习5】我国发射的“悟空”探测卫星,多年来积极开展了人类对暗物质
的观测研究.现发现宇宙空间中两颗质量分别为m和3m的星球绕其连线某点
转动时,理论计算的周期与实际观测周期不符,且 T 理论 =5;科学家认为,在两 T 关于引力常量，下列说法正确的是（）观测
三、科普暗物质（视频）
第五部分：总结提升
课堂小结
T 2
L3
G(m1 m2 )
双星
m1
m2
4 2L3
GT 2
三星
• 四星
暗物质
T 2R 4 R3
v
5Gm
课堂练习
【练习1】如图所示，2022年7月15日，由清华大学天文系祝伟教授牵头的国际团
队近日宣布在宇宙中发现两个罕见的恒星系统。该系统均是由两颗互相绕行的中
D．著名的“月—地检验”是在已知引力常量的数值后才进行的

双星模型—人教版高中物理必修二课件

n3 A. k2T
n3 B. k T
n2 C. k T
n D. kT
解析：
如图所示，设两恒星的质量分别为 M1 和 M2，轨道半径分别为 r1
和
r2.
根
据
万
有
引
力
定
律
及
牛
顿
第
二
定
律
可
得
GM1M2 r2
＝
M1
2π
T
2r1
＝
M22Tπ2r2，解得GM1r＋2 M2＝2Tπ2(r1＋r2)．即GrM3 ＝2Tπ2 ①，当两星
(3)两颗星球的周期及角速度都相同，即 T1＝T2，ω1＝ω2，
且 T1＝T2＝2π
L3 Gm1＋m2.
(4)两颗星球的轨道半径与两者间的距离关系为 r1＋r2＝L，
要注意 r1、r2 和 L 的区别．
(5)由 m1a1＝m2a2 可以推出aa21＝mm21.
【典例】
天文学家观测河外星系大麦哲伦云时，发现了 LMCX－3 双星系统，它由可见星 A 和不可见的暗星 B 构成．将两星视为质点，不考虑其他天体的影响，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.
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星球称为双星．
2．模型特点 (1)两颗星球角速度相同，间距不变，绕某点旋转，轨迹为同心圆． (2)两颗星球各自需要的向心力由彼此间的万有引力提供，即
GmL12m2＝m1ω12r1，GmL12m2＝m2ω22r2.

宇宙多星系统模型

(2)若相邻星球旳最小距离均为a,求两种构成形式下天体运
动旳周期之比
解析:(1)三颗星绕另一颗中心星运动时,其中任意一种绕行星球受到另三个星球旳万有引力旳合力提供向心力,三个绕行星球旳向心力一定指向同一点,且中心星受力平衡,因为星球质量相等,具有对称关系,所以向心力一定指向中心星,绕行星一定分布在以中心星为重心旳等边三角形旳三个顶点上,如图甲所示。
GLm2 2×2×cos 30°＝ma 向其中 L＝2r cos 30°。三颗行星运行的方向相同，周期、角速度、线速度的大小相等。
【例3】宇宙中存在某些离其他恒星较远旳、由质量相等旳三颗星构成旳三星系统,一般可忽视其他星体对它们旳引力作用。已观察到稳定旳三星系统存在旳一种形式是三颗星位于等边三角形旳三个顶点上,并沿外接于等边三角形旳圆轨道运营,其周期为T。设每个星体旳质量均为m, 万有引力常量为G,则星体之间旳距离应为多少?
a2
( 2a)2
T22 2
解得T2
2
=
4(4
2)
7Gm
2
a3
④
故 T1 = (4 2)(3 3) 。
T2
4
(1)三星同线模型 ①如图所示，三颗质量相等的行星，一颗行星位于中心位置不动，另外两颗行星围绕它做圆周运动。这三颗行星始终位于同一直线上，中心行星受力平衡。运转的行星由其余两颗行星的引力提供向心力：Grm2 2＋G2mr22＝ma 向
两行星运营旳方向相同，周期、角速度、线速度旳大小相等。
②如图所示，三颗质量相等的行星位于一正三角形的顶点处，都绕三角形的中心做圆周运动。每颗行星运行所需向心力都由其余两颗行星对其万有引力的合力来提供。
3GmT2
4 2

2020版高中物理人教必修二课件：6.专题

【解析】选A、C。“空间站”运动的加速度和所在位置的
重力加速度均由其所受万有引力提供,故A正确;由
G
Mm R2
＝m
v2 R
得v＝
GM，运动速度与轨道半径的平方根成
R
反比,并非与离地高度的平方根成反比,故B错误;由
G
Mm R2
＝m(
2 T
)2
R
得T=2πR
R ,所以“空间站”运行周
GM
期小于地球自转的周期,故C正确;“空间站”中宇航员所受
星的影响相同,这时双星做圆周运动的向心力由双星
的万有引力和M′对双星的万有引力提供,所以有
G
M2 L2
G
MM ( L )2
M观测2 2
L
，又观测
2 T观测
2
解得暗物质的质量为M′= N 1M
4
而暗物质的体积为V=4 ( L )3
32
所以暗物质的密度为ρ= M 3 N 1M。
V
2L3
答案:(1) L 2(L2)
【探究训练】 1.(多选)(2019·晋中高一检测)两颗靠得较近的天体叫双星,它们以两者重心连线上的某点为圆心做匀速圆周运动,因而不至于因引力作用而吸引在一起,以下关于双星的说法中正确的是: ( )
A.它们做圆周运动的角速度与其质量成反比 B.它们做圆周运动的线速度与其质量成反比 C.它们所受向心力与其质量成反比 D.它们做圆周运动的半径与其质量成反比
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∶6 400
B.1∶80
C.80∶1

【最新】教科版高中物理必修2第三章第3节万有引力定律的应用 “双星”问题的求解 (16张ppt)

三星系统
m
m
m
m m
O m
三星问题
例7.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，通常可忽略其他星体对他们的引力作用．已观测到稳定的三星系统存在的一种形式是三颗星位于等边三角形三个项点上，并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行．设每个星体的质量均为m，相邻的两颗星之间的距离为L，引力常量为G，求：该圆形轨道的半径R和星体的运行周期。
⑥
4 R m1 m2 2 GT
2
3
例5.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，他们都围绕月球连线上某点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( C )
A. C. 1：6400 80：1 B. 1：80 D. 6400：1
解：对m1:
对m2:
r 1 + r2 = L
m1
r1 O r2
m2
得
m2 L m1 L r1 ，r2 m1 m2 m1 m2
规律：质量 m 越大的星球，旋转半径越小，离旋转中心越近.
求两星球的轨道半径r1r2之比？他们的线速度v1v2之比？
解：对m1:
对m2:
m1
r1 O r2
m2
解题引导：
பைடு நூலகம்
万有引力提供向心力
求质量和半径的关系
结合半径之和为定值写出半径和周期
例6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 O 做匀速圆周运动。由天文观察测得其运动周期为T，S1到O点的距离为r1、S1到S2间的距离为r，已知引力常量为 G。由此可求出S2的质量为 ( D )

《宇宙双星模型》课件

2023
《宇宙双星模型》 ppt课件
REPORTING
2023
目录
• 双星模型简介 • 双星系统的运动规律 • 双星模型在天文学中的应用 • 双星模型的研究前景与挑战 • 总结与展望
2023
PART 01
双星模型简介
REPORTING
定义与概念
总结词
双星模型是指由两个恒星组成的相对稳定的系统，它们通过引力相互作用，围绕彼此旋转。
双星演化理论的完善
虽然已经建立了一套相对完善的双星演化理论，但随着观测数据的不断增多和理论研究的不断深入，需要进一步完善双星演化理论。
2023
PART 05
总结与展望
REPORTING
双星模型的意义与价值
理论意义
双星模型在天文学中具有重要的理论意义，它为研究恒星演化、星系形成和演化等提供了重要的理论基础。
双星系统中的两颗恒星通过相互吸引和旋转，形成稳定的双星结构。在星系形成过程中，双星系统可以聚集周围的物质，形成更大的恒星群或行星系统，从而影响整个星系的形状和演化。
双星在恒星演化中的作用
总结词
双星在恒星演化中起到关键作用，它们通过相互作用加速恒星的演化进程。
详细描述
在双星系统中，两颗恒星之间存在相互作用，如物质交换和轨道扰动等，这些作用可以加速恒星的演化进程。例如，双星中的一颗恒星可能因为吸收了另一颗恒星的物质而迅速膨胀，最终导致超新星爆发。
详细描述
双星模型是研究恒星系统的一个重要概念，它涉及到两个恒星在相互引力的作用下，形成一个相对稳定的系统。这两个恒星可以是类似太阳的恒星，也可以是其他类型的天体，如白矮星、中子星等。
双星系统的形成
总结词
双星系统的形成通常发生在恒星形成过程中，当两颗恒星在引力作用下逐渐靠近，最终形成一个双星系统。