例题2 中子星是恒星演化过程的一种可能结果,它的密度很大。现有一中子星,观测到它的自转周期为T=s。问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星的稳定,不致因自转而瓦解。计算时星体可视为均匀球体。(引力常数G=6.6710)
思路分析:设想中子星赤道处一小块物质,只有当它受到的万有引力大于或等于它随星体所需的向心力时,中子星才不会瓦解。
设中子星的密度为,质量为M ,半径为R,自转角速度为,位于赤道处的小物块质量为m,则有 ,,
由以上各式得,代入数据解得:。
答案:最小密度为。
技巧点拨:在应用万有引力定律解题时,经常需要像本题一样先假设某处存在一个物体再分析求解,这是应用万有引力定律解题惯用的一种方法。
例题3 (新课标)假设地球是一半径为R,质量分布均匀的球体。一矿井深度为d。已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零。则矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为( )
A. 1- B. 1+ C. D.
思路分析:在地球表面,又,所以,因为球壳对球内物体的引力为零,所以在深为d的矿井内,得,所以。
答案:A
【方法提炼】
巧用割补法求引力
物体模型是实际物体的抽象和概括,其特性通常为人们所熟悉,当题目所给不是人们所熟悉的物体模型,可以考虑适当地补偿、转化,使实际物体转化为物体模型,以寻求解决问题的有效途径。
满分训练:有一质量为M、半径为R、密度均匀的球体,在距离球心O为2R的地方有一质量为m的质点,现在从M中挖去一质量为的球体,如图所示,求剩下部分对m的万有引力F为多大?