Question

2009年10月7日電，美國宇航局（NASA）的斯皮策（Spitzer）太空望遠(yuǎn)鏡近期發(fā)現(xiàn)土星外環(huán)繞著一個巨大的漫射環(huán)。該環(huán)比已知的由太空塵埃和冰塊組成的土星環(huán)要大得多。據(jù)悉，這個由細(xì)小冰粒及塵埃組成的土星環(huán)溫度接近-157°C，結(jié)構(gòu)非常松散，難以反射光線，所以此前一直未被發(fā)現(xiàn)，而僅能被紅外探測儀檢測到。這一暗淡的土星環(huán)由微小粒子構(gòu)成，環(huán)內(nèi)側(cè)距土星中心約600萬公里，外側(cè)距土星中心約1800萬公里。若忽略微粒間的作用力，假設(shè)土環(huán)上的微粒均繞土星做圓周運動，則土環(huán)內(nèi)側(cè)、外側(cè)微粒的                           （   ）
A．線速度之比為       B．角速度之比為1：1
C．周期之比為1：1               D．向心中速度之比為9：1

Answer 1

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本題考查了萬有引力定律及其應(yīng)用和向心力的相關(guān)知識，考查了萬有引力定律及向心力公式的直接應(yīng)用，難度不大，屬于基礎(chǔ)題。
根據(jù)萬有引力提供向心力列出等式，表示出線速度、角速度、周期、向心加速度關(guān)系，再由軌道半徑進(jìn)行比較各個物理量：
A、根據(jù)萬有引力提供向心力列出等式：GMm/ r²= mv²/ r；則v= M為土星的質(zhì)量，r為軌道半徑，環(huán)內(nèi)側(cè)距土星中心約600萬公里，外側(cè)距土星中心約1800萬公里，所以土環(huán)內(nèi)側(cè)、外側(cè)微粒的軌道半徑之比為1：3；所以土環(huán)內(nèi)側(cè)、外側(cè)微粒的線速度之比為，故A正確．
B、根據(jù)萬有引力提供向心力列出等式：GMm/ r²= mrω²，則ω=，M為土星的質(zhì)量，r為軌道半徑，環(huán)內(nèi)側(cè)距土星中心約600萬公里，外側(cè)距土星中心約1800萬公里，所以土環(huán)內(nèi)側(cè)、外側(cè)微粒的軌道半徑之比為1：3，所以土環(huán)內(nèi)側(cè)、外側(cè)微粒的角速度之比為，故B錯誤。
C、根據(jù)萬有引力提供向心力列出等式：GMm/ r² = m?4π²r/T²，則T=2π ，M為土星的質(zhì)量，r為軌道半徑，環(huán)內(nèi)側(cè)距土星中心約600萬公里，外側(cè)距土星中心約1800萬公里，所以土環(huán)內(nèi)側(cè)、外側(cè)微粒的軌道半徑之比為1：3 ，所以土環(huán)內(nèi)側(cè)、外側(cè)微粒的周期之比為，故C錯誤。               
D、根據(jù)萬有引力提供向心力列出等式：GMm/ r²= ma，則a=" GM/" r²，M為土星的質(zhì)量，r為軌道半徑，環(huán)內(nèi)側(cè)距土星中心約600萬公里，外側(cè)距土星中心約1800萬公里，所以土環(huán)內(nèi)側(cè)、外側(cè)微粒的軌道半徑之比為1：3，所以土環(huán)內(nèi)側(cè)、外側(cè)微粒的向心加速度之比為9：1，故D正確。  
所以選AD。