Question

12．18世紀(jì)，數(shù)學(xué)家莫佩爾蒂和哲學(xué)家伏爾泰，曾設(shè)想“穿透”地球：假設(shè)能夠沿著地球兩極連線開(kāi)鑿一條沿著地軸的隧道貫穿地球，一個(gè)人可以從北極入口由靜止自由落入隧道中，忽略一切阻力，此人可以從南極出口飛出，則以下說(shuō)法正確的是（已知此人的質(zhì)量m=50kg；地球表面處重力加速度取g=10m/s²；地球半徑R=6.4×10⁶m；假設(shè)地球可視為質(zhì)量分布均勻的球體．均勻球殼對(duì)殼內(nèi)任一點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)合引力為零）（　�。�

• A． 人與地球構(gòu)成的系統(tǒng)，由于重力發(fā)生變化，故機(jī)械能不守恒
• B． 人在下落過(guò)程中，受到的萬(wàn)有引力與到地心的距離成二次方反比
• C． 人從北極開(kāi)始下落，直到經(jīng)過(guò)地心的過(guò)程中，萬(wàn)有引力對(duì)人做功W=1.6×10⁹J
• D． 當(dāng)人下落經(jīng)過(guò)距地心$\frac{R}{2}$瞬間，人的瞬時(shí)速度大小為4×10³m/s

Answer 1

分析 A、機(jī)械能守恒的條件是只有重力或彈簧彈力做功；
B、根據(jù)萬(wàn)有引力定律推導(dǎo)出萬(wàn)有引力的表達(dá)式進(jìn)行分析；
C、人從北極開(kāi)始下落，直到經(jīng)過(guò)地心的過(guò)程中，重力與距離球心的距離成正比，取平均力，為地面時(shí)重力的一半，即$\overline{F}=\frac{F}{2}=\frac{1}{2}mg$；然后根據(jù)功的定義列式求解即可；
D、對(duì)人從下落到距地心$\frac{R}{2}$過(guò)程，根據(jù)動(dòng)能定理列式求解即可．

解答 解：A、人與地球構(gòu)成的系統(tǒng)，由于只有重力做功，故系統(tǒng)機(jī)械能守恒，故A錯(cuò)誤；
B、與球心的距離為r時(shí)，萬(wàn)有引力為：F=G$\frac{M′m}{{r}^{2}}$=$G\frac{ρ×\frac{4}{3}π{r}^{3}•m}{{r}^{2}}$=$\frac{4Gπρm}{3}r$∝r；
故B錯(cuò)誤；
C、人從北極開(kāi)始下落，直到經(jīng)過(guò)地心的過(guò)程中，萬(wàn)有引力對(duì)人做功：
W=$\overline{F}•R$
其中：
$\overline{F}=\frac{F}{2}=\frac{1}{2}mg$
聯(lián)立解得：
W=$\frac{1}{2}mgR$=$\frac{1}{2}$×50×10×6.4×10⁶=1.6×10⁹J
故C正確；
D、人從下落到距地心$\frac{R}{2}$過(guò)程，萬(wàn)有引力的平均值為：
$\overline{F}$=$\frac{mg+\frac{1}{2}mg}{2}=\frac{3}{4}mg=\frac{3}{4}×50×10N=375J$
根據(jù)動(dòng)能定理，有：
$\overline{F}•\frac{R}{2}=\frac{1}{2}m{v}^{2}$
解得：
v=$\sqrt{\frac{\overline{F}•R}{m}}$=$\sqrt{\frac{375×6.4×1{0}^{6}}{50}}$=6928m/s
故D錯(cuò)誤；
故選：C

點(diǎn)評(píng) 近幾年高考對(duì)萬(wàn)有引力的考查均有創(chuàng)新點(diǎn)，并且對(duì)學(xué)生的能力要求較高．本題考查學(xué)生對(duì)機(jī)械能守恒定律適用條件的理解、對(duì)題目信息的充分挖掘、對(duì)變力做功的計(jì)算．不難．